CN104283526B

CN104283526B - 包括加速元件的电路

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Publication number: CN104283526B
Application number: CN201410321399.3A
Authority: CN
Inventors: W.巴卡尔斯基; N.伊尔科夫; W.辛比尔格; V.索洛姆科
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2013-07-08
Filing date: 2014-07-08
Publication date: 2017-12-15
Anticipated expiration: 2034-07-08
Also published as: DE102014213163A1; US9917575B2; CN104283526A; KR101732225B1; US20150008972A1; KR20150006389A

Abstract

本发明涉及包括加速元件的电路。电路包括具有第一端子、第二端子和控制端子的切换元件。电路还包括被耦合在控制端子与切换节点之间的阻抗网络。电路还包括被耦合在控制端子与第一节点之间的第一加速元件。该第一节点与切换节点不同。该电路被配置为当切换元件的切换状态将被改变时暂时激活第一加速元件。

Description

包括加速元件的电路

技术领域

实施例涉及包括加速元件的电路。另外的实施例涉及用于切换具有加速元件的电路的方法。

背景技术

在许多应用中，期望切换模拟或数字信号。例如，在射频开关中，对射频信号进行路由所经由的路径被打开或关闭。然而，在现代系统中，在开关（例如，射频开关）的不同状态之间的快速切换是期望的，甚至是必需的。此外，也期望具有开关在“开”状态中的较小的衰减（或插入损耗），以及在“关”状态中的良好隔离。然而，在许多情况下达到快速切换时间并不容易。因此，期望创建带来快速切换时间的概念。

发明内容

本发明的实施例提供了一种电路，其包括具有第一端子、第二端子和控制端子的切换元件；耦合在控制端子与切换节点之间的阻抗网络；以及耦合在控制端子与第一节点之间的第一加速元件，该第一节点与切换节点不同。该电路被配置为当切换元件的切换状态将被改变时暂时激活第一加速元件。

本发明的实施例提供了一种电路，其包括具有第一端子、第二端子和控制端子的切换元件。该电路进一步包括被耦合在切换元件的控制端子与第一端子之间的第一加速元件，以及可选地包括被耦合在切换元件的控制端子与第二端子之间的第二加速元件。该电路被配置为当切换元件的切换状态将被改变时暂时激活加速元件中的至少一个。

本发明的实施例提供了一种射频开关。该射频开关包括如先前所述的第一电路和如先前所述的第二电路。第一电路的切换元件与第二电路的切换元件被串联电路连接。

根据本发明的实施例提供了一种电路，其包括具有漏极端子、源极端子和栅极端子的场效应晶体管（FET）。该电路还包括被耦合在FET的栅极端子与漏极端子之间的第一加速元件，以及被耦合在FET的栅极端子与源极端子之间的第二加速元件。该电路还包括被耦合在FET的栅极端子与用于提供切换信号的控制电路之间的控制电阻器（或者，更一般地，阻抗网络），以及被耦合在切换元件的漏极端子与参考电位之间的电阻器。该电路被配置为暂时激活第一加速元件和第二加速元件二者，以用于从FET的第一切换状态改变到FET的第二切换状态，以及暂时激活第一加速元件和第二加速元件二者，以用于从FET的第二切换状态改变到FET的第一切换状态。

根据本发明的另一实施例创建了一种方法，用于切换包括具有第一端子、第二端子和控制端子的切换元件的电路。该方法包括，当切换元件的切换状态将被改变时，暂时激活被耦合在切换元件的控制端子与第一端子之间的第一加速元件，和/或被耦合在切换元件的控制端子与第二端子之间的第二加速元件。

附图说明

参考附图，本文中描述了本发明的实施例。

图1示出根据实施例的电路100的框图；

图2示出根据实施例的电路200的电路图；

图3示出根据实施例的电路300的示意图；

图4示出堆叠电路200A、200B的实施例的电路图；

图5示出放电脉冲发生器电路500的实施例的框图；

图6示出来自根据图5的电路的电压图；

图7示出脉冲发生器和RS触发器的仿真框图600；

图8示出根据实施例的电路700的仿真框图；

图9示出RC电路的阶跃响应；

图10示出从关（OFF）状态到开（ON）状态的切换转变的时间缩减；

图11示出从开状态到关状态的切换转变的时间缩减；

图12示出对于“开”-“关”和“关”-“开”转变的不同切换分布图；

图13示出在没有放电晶体管的情况下“关状态”开关处的电压；

图14示出在具有放电晶体管的情况下“关状态”开关处的电压；

图15示出根据实施例的电路中电压的时间演变的图形表示；

图16示出电路的物理实现方式的布局表示；

图17示出来自具有沿开关晶体管分布的放电晶体管的物理实现方式的布局表示的摘要；

图18示出根据实施例的电路1800的电路图；

图19示出根据实施例的电路1900的框图；

图20示出根据实施例的电路2000的电路图；

图21示出根据实施例的电路2100的电路图；

图22示出根据实施例的电路2200的框图；

图23示出根据实施例的电路2300的电路图；

图24示出根据实施例的电路2400的框图；

图25示出根据实施例的电路2500的电路图；

图26示出根据实施例的电路2600的框图；以及

图27示出根据实施例的电路2700的框图。

在后继描述中，相同或等同的元件或者具有相同或等同功能的元件由相同或等同的参考数字所表示。

具体实施方式

在后继描述中，对多个细节进行阐述以提供对本发明实施例的透彻解释。但是，对于本领域的技术人员将显而易见的是，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下进行实践。在其他情况下，众所周知的结构和装置以框图形式而不是详细地被示出，以避免使本发明的实施例难理解。此外，除非另行具体指出，否则在下文中所描述的不同实施例的特征可以彼此相组合。

术语“电压”也可以被称为“电位”或“电压电位”，而术语“电压差”也被称为“电位差”或“电压电位差”。在后继描述中，电压是相对于参考电压而被描述的。

电路的实施例可以包括具有任何晶体管技术的晶体管，例如场效应晶体管技术（FET）或双极晶体管技术。因此，以下技术无关的术语被用于描述相应的晶体管端子：“控制端子”指定了栅极端子或基极端子，“第一端子”指定了源极端子或发射极端子，以及“第二端子”指定了漏极端子或集电极端子。

图1示出根据实施例的电路100的框图。电路100包括切换元件110、第一加速元件130以及第二加速元件140。切换元件110包括第一端子112、第二端子114以及控制端子116。第一加速元件130被耦合在切换元件110的控制端子116与第一端子112之间（其中，例如，切换元件的第一端子可以被视为“第一节点”）。第二加速元件140被耦合在切换元件110的控制端子116与第二端子114之间。电路100被配置为当切换元件110的切换状态将被改变时暂时激活加速元件130、140中的至少一个。

切换元件110的切换状态可以在第一切换状态与第二切换状态之间进行改变。

例如，在第一切换状态中，切换元件110被控制为激活用于信号的路径，该路径被施加在切换元件110的第一端子112与第二端子114之间。为了激活路径装置，可以在切换元件110的第一端子112与第二端子114之间将切换元件带入导电条件（例如，低电阻）中，这允许信号流过切换元件110。

例如，在第二切换状态中，切换元件110被控制为停用切换元件110的第一端子112与第二端子114之间的用于信号的路径。为了停用路径装置，在切换元件110的第一端子112与第二端子114之间将切换元件110带入非导电条件（例如，高电阻）中，并防止信号流过切换元件110。

例如，放电元件130可以产生切换元件110的第一端子112与控制端子116之间的低阻抗连接，以及切换元件110的第二端子114与控制端子116之间的低阻抗连接。这允许对在切换元件110的切换状态改变期间切换元件110中仍然可用（或存储）的电荷载流子进行放电。例如，低阻抗连接是“短路”。

例如，只要切换元件110（或特定的电容，例如像栅-源极电容或漏-源极电容）不被放电，加速元件130、140的暂时激活就可以持续，或者例如加速元件130、140的暂时激活可以持续预定的持续时间。

图2示出包括加速放电电路200的切换电路的实施例的电路图。该电路包括切换元件110、第一加速元件130以及第二加速元件140。切换元件110包括第一晶体管M1 210，其具有作为源极端子212的第一端子112、作为漏极端子214的第二端子114以及作为栅极端子216的控制端子116。

第一加速元件130包括第二晶体管M2 230，其具有源极端子232、漏极端子234以及栅极端子236。第一加速元件130进一步包括电阻器R3 238，其被连接在M2的栅极端子236与放电脉冲端子120之间，在那里可以施加放电脉冲。

第二加速元件140包括第三晶体管M3 240，其具有源极端子242、漏极端子244以及栅极端子246。第二加速元件140进一步包括电阻器R4 248，其被连接在M3的栅极端子246与放电脉冲端子120之间，在那里可以施加放电脉冲。

M1的漏极端子214与M2的漏极端子234相连接，而M1的栅极端子216与M2的源极端子232相连接。

M1的源极端子212与M3的漏极端子244相连接，而M1的栅极端子216与M3的源极端子242相连接。

可以将第二晶体管的控制端子与第三晶体管的控制端子进行电连接，例如具有在其之间电路连接的电阻器R3、R4。

电路进一步包括射频（RF）电流路径218，其中可以施加RF信号。RF电流路径218在M1的源极端子212与M1的漏极端子214之间延伸。

电路200进一步包括电阻器R1 250和电阻器R2 260。电阻器R1 250被连接在M1的栅极端子216与用于提供切换信号的控制电路之间（其中控制电路未在图2中示出），并且例如，可以被连接到切换节点（“开关信号”）端子118。电阻器R2 260可以被连接在切换元件的第一端子212或第二端子214与参考电位之间。图2中，电阻器R2 260被连接在M1的漏极端子214与偏置电位之间。例如，该偏置电位可以是接地电位。

图2的电路中的晶体管M1 210、M2 230和M3 240是N沟道MOSFET。晶体管M1 210、M2230和M3 240可以是单极晶体管，优选场效应晶体管（FET），例如像金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。例如，晶体管M2 230和M3 240的沟道宽度例如至少可以是晶体管M1210的沟道宽度的1/40。

例如，场效应晶体管210的阈值电压可以在[-0.7V和+0.7V]之间的范围内或在[-0.5V和+0.5V]之间的范围内。

第二晶体管230和第三晶体管240二者可以是相同的沟道类型。例如，二者都是N型单极晶体管或都是P型单极晶体管。

当FET（例如，FET 210）从导通切换到非导通状态或从非导通切换到导通状态，晶体管中的自由电荷载流子必须被减少或增加。由于FET的栅极的相对较高的容量，许多自由电荷载流子必须从栅极移除或建立到栅极中。FET的阻断电压和电流强度越大，FET的漏-源极沟道就越大。因此FET的栅极端子的尺寸通常也被增加，以便将FET的沟道带入导电或非导电状态。通过增加栅极的尺寸，栅极的容量也将增加，并且这限制了FET的快速切换。

为了从晶体管M1 210的第一切换状态切换到第二切换状态，将自由电荷载流子从栅极216移除或被移动到栅极216中。该充电（或放电）过程可以由栅极端子216与源极端子212之间的暂时低电阻连接，和/或由晶体管M1的栅极端子216与漏极端子212之间的暂时低电阻连接来加速。

放电脉冲可以被施加到加速元件130、140。当放电脉冲被施加在放电脉冲端子120时，FET M2 230、M3 240被切换到导电条件。结果，M1的栅极端子216与源极端子212之间的低电阻连接和M1的栅极端子216与漏极端子212之间的低电阻连接存在。

加速元件130、140的接通电阻可以小于被连接在切换元件110的控制端子116的电阻器R1 250的电阻，或可以小于控制端子116的电阻器R1 250的电阻的1/10或1/100或1/1000。

源极212、漏极214与栅极216之间低电阻连接的时间段应当短到不干扰开关晶体管M1 210的新切换状态。在优选实施例中， FET的M2 230和M3 240被激活的时间段小于M1的栅极216的控制电阻器R1 250和电容的RC时间常数，或该时间段可以小于RC时间常数的十分之一，或该时间段可以，例如，小于RC时间常数的1/50。

通过对栅-漏极电容和栅-源极电容进行放电（其可以通过激活晶体管M2 230和M3240来实现），晶体管M1 210的栅极电位被迅速带至接近阈值电位。然而，由于栅-漏极电容和栅-源极电容的放电曲线示出了近似指数的特性，缓慢达到“稳定状态”值（或端值）。然而，当栅-漏极电压或栅-源极电压的量值降至低于，例如，100毫伏时，栅-漏极电容或栅-源极电容可以被视为基本上被放电。

在对M1的栅极216放电，或至少基本上放电后，可以停用放电脉冲。从而FET M2230、M3 240被切换到非导电状态。因此，M1的栅极端子216与源极端子212之间的高电阻连接和M1的栅极端子216与漏极端子214之间的高电阻将被重新建立。M1的栅极216可以经由R1 250被进一步充电至其稳态接通值或其稳态关断值。

为了在线性范围内操作晶体管M1，不应当超过被施加在源极端子212与漏极端子214之间的一定电压。为了能够切换更大的电压，多个切换晶体管单元200可以被彼此串联堆叠。

换言之，两个小的放电晶体管M2 230和M3 240被置于每个堆叠切换晶体管M1 210的栅极216与源极212之间以及栅极216与漏极214之间。电阻器R3 238和R4 248分别被置于放电晶体管M2 230、M3 240的控制端子236、246与控制电路之间。在切换晶体管210进行切换时（例如，当在开关控制端子处的电平被充电时），脉冲被施加到放电晶体管M2 230和M3240以对开关晶体管M1 210的栅极216放电。

每个切换晶体管单元200都可以由以下构成（或包括）：切换晶体管M1 210、切换电阻器R1 250、放电电阻器R2 260、被连接在M1 210的栅极216与漏极214之间和栅极216与源极212之间的两个放电晶体管M2 230和M3 240，以及被连接在放电晶体管的栅极236、246与控制逻辑（未在图2中示出）之间的两个电阻器R3 238和R4 248。每个切换晶体管单元200都可以与其他相同的晶体管单元200A和200B串联堆叠。当在切换节点118处的控制电压改变时，再充电电流开始通过R1 250流到M1的栅极216中。为了加快充/放电过程，电压脉冲被施加到端子120并打开（例如，带入导电状态中）晶体管M2 230和M3 240，其将M1的栅极216放电至M1的源极212和漏极214处的DC电压。在对栅极放电后，端子120处的控制电压改变，驱动M2 230和M3 240到截止区中。M1的栅极216继续通过R1 250充电。R3-Cg2和R4-Cg3时间常数（其中Cg2和Cg3分别为M2 230和M3 240的栅极电容）显著低于R1-Cg1时间常数，其中Cg1为M1 210的栅极电容。

图3示出包括加速放电电路的切换电路300的实施例。从而切换电路的晶体管U1210和第二及第三晶体管U5 230、U7 240是金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。第二和第三晶体管U5 230和U7 240的沟道宽度大约是U1 210的沟道宽度的1/40。

电阻器R1 250被连接在晶体管U1的栅极216与切换节点118（GateCtrl）之间。在第二晶体管U5的栅极236与放电脉冲端子120（DischargeGateCtrl）之间, 电阻器R10 238被电路连接，而在第三晶体管U7的栅极246与放电脉冲端子120（DischargeGateCtrl）之间，电阻器R13 248被电路连接。电阻器R10 238和R13 248具有1MΩ的值。电阻器R1 250是R10238和R13 248的1/2.5并具有400kΩ的值。

电阻器R2 260被连接在晶体管U1的漏极端子214与接地电位（相应地是偏置电位）之间。电阻器R2 260具有400kΩ的值。

从图3中可以看到某些进一步的细节，其可以被认为是可选的。

图4示出两个堆叠放电电路200A和200B。每个电路200A、200B都包括MOSFET作为切换元件210A、210B，其具有第一端子212A、212B，第二端子214A、214B以及控制端子216A、216B。此外，每个电路200A、200B都包括第二晶体管230A、230B和第三晶体管240A、240B。

相应的第一加速元件130A、130B在相应的切换元件210A、210B的控制端子216A、216B与第二端子214A、214B之间，而相应的第二加速元件140A、140B被连接在相应的切换元件210A、210B的控制端子216A、216B与第一端子212A、212B之间。

每个加速元件都包括MOSFET 236A、246A、236B、246B以及电阻器238A、248A、238B、248B。电阻器238A、248A、238B、248B可以被连接在提供放电脉冲的端子120与MOSFET 236A、246A、236B、246B的栅极之间。放电脉冲端子120可以被直接连接到每个加速元件130A、140A、130B、140B。

电阻器250A、250B被连接在切换元件210A、210B的每个控制端子216A、216B与切换节点118之间。

电路400可以被配置为同时激活第一电路200A和第二电路200B的加速元件130A、140A、130B、140B，并通过公共切换节点118同时将切换信号提供给第一电路200A和第二电路200B。

第一电路200A的切换元件210A的第二端子214A可以通过第一偏置装置260A被耦合到参考电位。类似地，第二电路200B的切换元件210B的第二端子214B可以通过第二偏置装置260B被耦合到参考电位。这些偏置装置260A、260B具有使切换元件210A、210B的第一端子212A、212B或第二端子214A、214B被偏置到参考电位的效果。图4中的偏置装置260A、260B是电阻器。在该电路的优选实施例中，偏置装置260A、260B也可以是电感或具有低通特性的其他装置。

第一电路200A的切换元件210A与第二电路200B的切换元件210B可以被串联电路连接。更确切地说，第一电路200A的切换元件210A的源极端子212A可以被耦合到第二电路200B的切换元件210B的漏极端子214B。

图5示出产生放电脉冲的电路500的框图。电路500包括脉冲发生器310、RS触发器320、驱动器325、作为低通滤波器的RC元件330以及比较器340。脉冲发生器310的输入端口被连接到开关状态信号端子119，其中可以提供开关控制信号。脉冲发生器310的输出端口被连接到RS触发器320的置位端子。放大器325被连接在RS触发器320的输出端口与放电脉冲端子120之间。

电路的反馈被连接在放电脉冲端子120与RS触发器320的复位端子之间。反馈包括RC元件330作为低通滤波器，由此电阻器R10 332被连接到放电脉冲端子120以及电容M10334。电容M10 334被进一步连接到偏置电压电平。例如，电阻器R10 332的电阻值与第一和第二加速元件130、140的电阻器R3 238和R4 248的电阻值类似。例如，电容M10 334的电容值与加速元件的晶体管230、240之一的电容值相同。RC元件330的电容可以由晶体管M10形成，其除沟道宽度外，与形成加速元件之一的晶体管230、240相同。

比较器340的输入端子被连接在电阻器R10与电容M10之间。另一个输入端子被连接到阈值电位。比较器的输出端子被连接到RS触发器的复位端子。

电路500提供放电脉冲以暂时激活加速元件130、140中的至少一个。RS触发器320可以被配置为当切换元件110的切换状态将被改变时进行置位，而当加速元件130、140已经达到预定的状态时进行复位。

RC元件330可以被配置成为加速元件130、140中的一个或多个接收控制电压。其中RS触发器320被配置为当RC元件330的电容334达到或超过预定的阈值电压时进行复位。例如，RC元件330的RC时间常数可以等于由电阻器R3 238和加速元件之一的晶体管M2 230的栅极电容所形成的RC时间常数。

换句话说，产生放电脉冲的电路在图5中被示出。该电路包含脉冲发生器310、RS触发器320、驱动器325、电阻器R10 332以及电容连接的晶体管M10 334。R10 332和M10 334二者都可以与R3 238和M2 230相同。该电路还包括比较器340。当开关控制信号改变其逻辑状态时，脉冲发生器310产生将RS触发器320的输出置位成“高”状态的短脉冲，而驱动器325开始对放电晶体管M2 230及M3 240以及M10 334的栅极充电。一旦M10 334处的电压（并且因此，在M2 230和M3 240的栅极处的电压）达到预定的阈值电压345，比较器340改变其输出并复位RS触发器320，从而关闭晶体管M2 230和M3 240。选择345处的阈值以及M2 230和M3240的大小，使得切换元件M1 210的栅极216被放电（或至少基本上放电），直到产生针对RS触发器320的复位信号。

图6示出来自根据图5的电路500的几个图表。第一图表651示出开关状态信号端子119处的电压。状态的每个变化都在脉冲发生器310中产生针脉冲，如第二图表652中所示。针脉冲可以对RS触发器320进行置位。当存在于电阻器R10 332与RC元件M10 334的电容之间的信号Vc达到比较器345的阈值电压时，RS触发器320可以被复位。

图7示出脉冲发生器310和RS触发器320的实施例的电路图600。脉冲发生器310可以包括被串联连接的若干反相器或驱动器312。反相器312的数量可以是偶数。驱动器312的数量可以是奇数。例如，电路600具有被串联连接的5个驱动器312。第一驱动器312的输入端子被连接到切换状态信号端子119。最后一个反相器的输出端子被连接到异或门（EXOR-Gate）314的输入端子。异或门 314的另一个输入端子被连接到切换状态信号端子119。

RS触发器320包括两个非或门（NOR-Gate）322、323，由此第一非或门322的输出端子被连接到第二非或门323的输入端子，而其中第二非或门323的输出端子与第一非或门322的输入端子相连接。第一非或门322的另一个输入端子为RS触发器320的置位端子。该置位端子与脉冲发生器310的异或门314的输出端子相连接。第二非或门323的另一个输入端子为RS触发器310的复位端子。反相器或驱动器324被连接在第二非或门232的输出端子与Z端子之间，在那里为放电脉冲端子120提供放电脉冲。

从图7可以看出某些进一步的细节，其可以被认为是可选的。

图8示出根据实施例的电路800的仿真框图。电路包括一个晶体管作为切换元件A1210，以及两个晶体管作为加速元件N2 230、N3 240。晶体管A1 210和第二及第三晶体管N2230、N3 240与之前提到的图中所示的切换元件和加速元件类似。在电路中使用具有不同值的晶体管210、230、240是可能的。

此外，该电路包括控制电阻器R20 250，其被连接在切换元件A1 210的控制端子216与切换节点118之间。控制电阻器R20 250与上文所描述的图中所示的控制电阻器250类似。在电路中使用具有不同值的电阻器250是可能的。

另外的装置，例如像加速元件230、240的电阻器238、248，电阻器260，RS触发器320，与上文描述的图中所示的装置类似。在不同的实施例中使用不同类型的具有不同值的类似装置是可能的，使得本文中所示的值应当仅仅被视为示例。

此外，图8中的电路包括反相或非反相切换信号驱动器750，其被配置为基于开关状态信号端子119处的开关状态信号，在切换节点118处提供切换信号。

在第二和第三晶体管的控制端子236和246与放电脉冲端子120之间，电阻器R15238和R22 248被电路连接。

放电脉冲信号可以由RS脉冲发生器715来提供，其包括脉冲发生器310和RS触发器320。所述信号可以是驱动器325的输入信号，由此驱动器325的输出信号被连接到RC元件330和放电脉冲端子120。RC元件330具有到RS脉冲发生器的反馈。

RS脉冲发生器715提供脉冲以暂时激活加速元件130、140中的至少一个，其中RS脉冲发生器715被配置为当切换元件110的切换状态将被改变时进行置位，并且其中RS脉冲发生器715被配置为当加速元件130、140已经达到预定的状态时进行复位。

例如，电路700可以被配置为激活第一加速元件130和第二加速元件140二者，用于从切换元件110的第一切换状态，例如开状态，改变到切换元件110的第二切换状态，以及激活第一加速元件130和第二加速元件140二者，用于从切换元件110的第二切换状态，例如关状态，改变到切换元件110的第一切换状态。

在电路700中可以产生放电脉冲。该电路可以被配置为当加速元件130、140已经达到预定的状态时终止放电脉冲。放电脉冲在一个时间段器件继续，该时间段足够长以将切换元件110的控制端子116、第一端子112和第二端子114之间的电容放电低至小于初始电荷的10％。

该电路可以被配置为响应于开关状态信号的转变而暂时激活加速元件130、140中的至少一个，以及基于开关状态信号提供切换信号，其通过控制电阻器250被耦合到切换元件的控制端子116，或通过控制电阻器250将开关状态信号耦合到切换元件的控制端子116。

电路700可以被配置为提供切换信号，其通过控制电阻器250被耦合到切换元件的控制端子116，使得切换信号的状态由开关状态信号的状态来确定。

在下文中，将提供促进对表述的理解的一些附加解释。

图9示出RC电路的阶跃响应。在没有放电晶体管情况下切换元件的切换转变期间，栅-源极电压可以利用这样的RC电路阶跃响应进行近似。针对栅-源极电压Vgs1的阶跃响应相当于：

其中V_ON是处于“开”状态的栅-源极DC电压，而V_OFF是处于“关”状态的栅-源极直流电压。假定V_ON和V_OFF与放电栅-源极电压V_DIS等距离隔开，（在±100mV或±250mV的容限内，根据本发明的某些实施例中可能是这种情况），如图9中所示，其可以写成：

其中t₁和t₂表示当切换元件110的栅极被充电至最终电压的50％和最终电压的90％（“开”状态）时的时间。通过使用放电元件130、140，达到最终电压的90％的总时间可以被缩减到：

。

这是由于通过激活加速元件，非常快速地达到了最终（稳态）栅极电压（即，放电栅-源极电压）的50％。

图10在第一图表1001中示出对于从关状态到开状态的切换转变，在切换节点118处的电压。第二图表1002示出在没有放电元件130、140的情况下的RF电压，其中可以注意到显著的延迟。第三图表1003示出当延迟小于没有放电元件（加速元件）的情况中时，在具有放电元件130、140的情况下切换元件110上的RF电压。

图11在第一图表1101中示出对于从开状态到关状态的切换转变，在切换节点118处的电压。第二图表1102示出在没有放电元件130、140的情况下开关上的RF电压，其中可以注意到显著的延迟。第三图表1103示出在具有放电元件130、140的情况下开关上的RF电压。

图10和11示范了在一个SPST（单刀单掷）实施例中实际切换时间左键的示例。对于“开”-“关”和“关”-“开”的转变，切换时间被缩减，该切换时间被定义为在开关处所施加控制信号与所建立RF幅度的90％或10％之间的时间差。上部图表1001、1101示出控制信号，中部图表1002、1102示出在没有放电晶体管230、240的情况下开关处的RF幅度，而下部图表1003、1103示出在具有放电晶体管230、240的情况下开关处的RF幅度。

图12示出对于“开”-“关”和“关”-“开”转变的不同切换分布图。

根据所提出的结构中的切换晶体管210的阈值电压，对于如图12中所示的“开”-“关”和“关”-“开”转变，可以出现不同的切换分布图。

图13示出没有放电晶体管230、240的情况下在“关状态”下的电压（VSWR = 1:100，高体电阻）。

图14示出在具有放电晶体管230、240的情况下在“关状态”下的电压（VSWR = 1:100，高体电阻）。

图15在第一图表1501中示出在切换元件110的控制端子116处的电压。在第一步骤中，电压从零增加到正电压电位。在“增强”模式N沟道MOSFET的栅极216处的正电压，激活（带到导电状态中）源极212与漏极端子214之间的RF沟道，如在图15的第三图表的第一部分1501中可见。

当将电路从“开”状态切换到“关”状态时，产生如第二图表1502中所示的放电脉冲，并且由该放电脉冲所引起的放电元件的激活，在短时间内将栅极216放电至0V，这在参考数字1512处可见。然后栅极216处的电压进一步下降至负电压电位。如第三图表1503中所示，一旦栅极电压达到0伏，源极212与漏极214之间的RF信号就增加。对于增强型N沟道MOSFET，该值是准确的，而其他类型的切换元件110可以具有其他值。当栅极216处的电压进一步下降时，开关仍然保持在“关”状态。

当电路从“关”状态被切换回到“开”状态时，第二和第三晶体管230、240将晶体管210的栅极216从-1.5V放电至0伏，这在参考数字1513处可见。在对切换元件110放电（例如，将栅极电容从-1.5的栅-源极电压放电至约0V的栅-源极电压）之后（其是由放电脉冲所触发的），电压开始进一步增加至正电位，其中加速元件被禁用并且通过R1对栅极进行充电。根据晶体管210的类型，在达到指定的正栅极电压之后，源极212与漏极端子214之间的RF电压被短路。

图16示出电路的物理实现方式。被标记的区域被放电晶体管230、240和控制单元所占据。用参考数字1620来示出RF路径的一些连接。可以被视为切换元件的20个晶体管的串联布置在参考数字1630处被示出。用作加速元件的相对较小的晶体管在参考数字1640处被示出。可以看出的是，用作加速元件的晶体管被布置为与形成RF路径的切换元件的晶体管的栅极条带的端部相邻。用于驱动加速元件（以及可选地，用作RF路径切换元件的晶体管）的控制电路在参考数字1650处被示出。

图17示出一种布局考虑。加速元件130、140的放电晶体管230A、240A、230A、230B被单独放置并且沿切换元件210的晶体管均匀分布。例如，晶体管230A、240A与第一电路200A相关联。还可以看到形成与第一电路200A相关联的切换元件的晶体管210A的栅极条带1720。此外，图17中示出形成第二电路200B的加速元件的晶体管230B、240B，以及与第二电路200B相关联的晶体管210B的栅极条带1750。此外，可以看到的是，晶体管230A、240A、230B、240B通过电阻器238A、248A、238B、248B与公共控制线1760相连接。该布置是基于较小的信号传播时间。从而可以实现切换元件110的较短切换时间。

图18示出根据实施例的电路1800的电路图。与上文中提到的电路相比，电路1800包括在切换元件M1 1810的第一端子1812与第二端子1814之间的附加的第二电阻器R21860。该第二电阻器R2 1860可以被分流到M1漏极或源极。

图19示出根据实施例的电路1900的框图。电路1900包括切换元件1910。利用第一端子1932，第一加速元件1930被连接到切换元件1910的控制端子1916。第一加速元件1930被配置为当切换元件1910的切换状态将被改变时，暂时对控制端子1916充电或放电。利用第一端子1942，第二加速元件1940被连接到切换元件1910的控制端子1916。第二加速元件1940被配置为当切换元件1910的切换状态将被改变时，暂时对控制端子1916充电或放电。

图20示出根据实施例的电路2000的电路图。电路2000包括第一电压源2035和第二电压源2045。

第一电压源2035的正电位端子被连接到第二晶体管M2的第一端子2032，并且利用负电位端子，被连接到接地（例如，其可以被视为“第一节点”）。电阻器R3 2038被连接在第二晶体管M2的控制端子2036与充电脉冲端子2022之间。

第二电压源2045的负电位端子与第三晶体管M3的第一端子2042相连接，并且利用正电位端子，进一步被连接到接地。电阻器R4 2048被连接在第三晶体管M3的控制端子2046与放电脉冲端子2020之间。第二电阻器R2 2060可以被连接在切换元件M1 2010的第一端子2012与第二端子2014之间。

代替如上文中提到的电路中所示的放电脉冲端子之一，电路2000包括充电脉冲端子2022。充电脉冲端子2022可以被激活，以将切换元件M1 2010的控制端子2016充电至与接地相比更正的电位。放电脉冲端子2020可以被激活，以将切换元件M1 2010的栅极端子2016放电至与接地相比更负的电位。因此，暂时的电荷注入也可以利用电压源2035、2045来完成，其与开关（晶体管）M2、M3相结合用作切换的电压源2035、2045。

图21示出根据实施例的电路2100的电路图。电路2100包括两个单极电流源I12130、I2 2140。电流源I1 2130、I2 2140被连接到切换元件M1 2110的控制端子2116。电流源I1 2130、I2 2140对切换元件M1 2110的控制端子2116充电或放电。可选地，第二电阻器R2 2160可以被连接在切换元件M1 2110的第一端子2112与第二端子2114之间。因此，暂时的电荷注入也可以利用单极电流源2130、2140来完成。

图22示出根据实施例的电路2200的框图。在电路2200中，利用第一端子2232，第一加速元件2230被连接到切换元件2210的控制端子2216。第一加速元件2230被配置为当切换元件2210的切换状态将被改变时，暂时对控制端子2216充电或放电。

图23示出根据实施例的电路2300的电路图。电路2300包括单极电流源I1 2330。电流源I1 2330被连接到切换元件M1 2310的控制端子2316。电流源I1 2330可以利用正或负电流来对切换元件M1 2310的栅极端子2316充电和放电。可选地，第二电阻器R2 2360可以被连接在切换元件M1 2310的第一端子2312与第二端子2314之间。因此，暂时的电荷注入也可以利用双极（双向）电流源2330来完成。

图24示出电路2400的框图。电路2400包括第一装置2450，其被连接在切换元件2410的第一端子2412与接地之间。第二装置2460被连接在切换元件2410的第二端子2414与接地之间。第三装置2470被连接在切换元件2410的第一端子2412与第二端子2414之间。第四装置2480被连接在切换元件2410的控制端子2416与切换节点（栅极控制端子）2418之间。切换元件2410的第一端子2412、第二端子2414和控制端子2416中的至少一个，被适配为将信号提供给反馈放大器。切换元件2410的控制端子2416被适配为从反馈放大器接收暂时的电荷注入作为正或负电压脉冲或电流脉冲。

图25示出根据实施例的电路2500的电路图。第二电阻器R2 2560可以被连接在切换元件M1 2510的第一端子2512与第二端子2514之间。暂时的电荷注入由作为加速元件的反馈放大器提供。该反馈放大器未在图25中示出。当切换元件的切换状态将被改变时，根据注入脉冲的极性，暂时的注入、充电或放电被施加到切换元件M1 2510的栅极端子2516。

图26示出根据实施例的电路2600的框图。电路2600包括切换元件2610，其具有第一端子2612、第二端子2614以及控制端子2616。阻抗网络被耦合在控制端子2616与切换节点2618之间。第一加速元件2630被耦合在控制端子2616与第一节点之间，该第一节点与切换节点2618不同，其中电路2600被配置为当切换元件2610的切换状态将被改变时，暂时激活第一加速元件2630。

图27示出根据实施例的电路2700的框图。与图26相比，与加速元件2730相耦合的第一节点是切换元件2710的第一端子2712。

虽然已经参考说明性实施例对本发明进行了描述，但该描述并非意在以限制性的意义进行解释。在参考该描述时，本发明的说明性实施例的各种修改和组合，以及其他实施例，将对于本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，所意在的是，所附权利要求涵盖任何此类修改或实施例。

Claims

1.一种电路，包括：

具有第一端子、第二端子和控制端子的切换元件；

被耦合在所述控制端子与用于接收切换信号的切换节点之间的阻抗网络；以及

被耦合在所述控制端子和所述阻抗网络之间的节点与第一节点之间的第一加速元件，所述第一节点与所述切换节点不同；

其中所述电路被配置为当所述切换元件的切换状态将被改变时使用与所述切换信号不同的脉冲信号暂时激活所述第一加速元件。

2.根据权利要求1所述的电路，其中所述第一节点为第一端子。

3.根据权利要求1所述的电路，其中所述第一加速元件利用第一端子被耦合到所述切换元件的所述控制端子，并且被配置为当所述切换元件的切换状态将被改变时暂时对所述控制端子充电或放电；以及

其中第二加速元件利用第二端子被耦合到所述切换元件的所述控制端子，并且被配置为当所述切换元件的切换状态将被改变时暂时对所述控制端子充电或放电。

4.根据权利要求1所述的电路，其中所述第一加速元件利用第一端子被耦合到所述切换元件的所述控制端子，并且被配置为当所述切换元件的切换状态将被改变时暂时对所述控制端子充电或放电。

5.根据权利要求1所述的电路，其中第一装置被耦合在所述切换元件的第一端子与接地之间；

其中第二装置被耦合在所述切换元件的第二端子与接地之间；以及

其中第三装置被耦合在所述切换元件的第一端子与第二端子之间，其中所述切换元件的第一端子、第二端子和控制端子中的至少一个被适配为将信号提供给反馈放大器，并且其中所述切换元件的所述控制端子被适配为从所述反馈放大器接收暂时的电荷注入。

6.一种电路，包括：

具有第一端子、第二端子和控制端子的切换元件；以及

被耦合在所述切换元件的所述控制端子与所述第一端子之间的第一加速元件；

其中所述电路被配置为当所述切换元件的切换状态将被改变时暂时激活所述第一加速元件以提供所述第一端子与所述控制端子之间的连接，

其中所述电路被配置为：

响应于开关状态信号的转变，暂时激活所述第一加速元件，

基于所述开关状态信号，提供切换信号，所述切换信号经由阻抗网络耦合到所述切换元件的所述控制端子，或者

经由所述阻抗网络将所述开关状态信号耦合到所述切换元件的所述控制端子，并且

其中所述电路被配置为提供经由阻抗网络耦合到所述切换元件的所述控制端子的所述切换信号，从而所述切换信号的状态由所述开关状态信号的状态确定。

7.根据权利要求6所述的电路，进一步包括被耦合在所述切换元件的所述控制端子与所述第二端子之间的第二加速元件，其中所述电路被配置为当所述切换元件的切换状态将被改变时暂时激活所述第二加速元件。

8.根据权利要求6所述的电路，进一步包括被耦合在所述切换元件的所述控制端子与用于提供切换信号的控制电路之间的阻抗网络。

9.根据权利要求8所述的电路，其中所述阻抗网络包括电阻器。

10.根据权利要求6所述的电路，其中所述电路被配置为产生放电脉冲以暂时激活所述第一加速元件。

11.根据权利要求7所述的电路，其中电路被配置为产生放电脉冲以暂时激活所述第二加速元件。

12.根据权利要求6所述的电路，其中所述第一加速元件被配置为将所述切换元件的控制端子处的电位带至中间电位，其在所述切换元件的开状态控制电位与所述切换元件的关状态控制电位之间。

13.根据权利要求12所述的电路，其中在一定时间段内在±100mV的容限内达到所述中间电位，所述时间段小于所述切换元件的控制电阻器和栅极电容的RC时间常数，或者其小于所述RC时间常数的十分之一，或者其小于所述RC时间常数的1/50。

14.根据权利要求6所述的电路，其中所述第一加速元件的接通电阻小于被耦合在所述切换元件的所述控制端子处的电阻器的电阻，或者小于被耦合在所述控制端子处的电阻器的1/10。

15.根据权利要求7所述的电路，其中所述第一加速元件是第二晶体管，并且所述第二晶体管的控制端子被配置为接收放电控制信号；以及

其中所述第二加速元件是第三晶体管，并且所述第三晶体管的控制端子被配置为接收放电控制信号。

16.根据权利要求15所述的电路，其中所述第二晶体管和所述第三晶体管均为N型单极晶体管或均为P型单极晶体管。

17.根据权利要求15所述的电路，其中所述第二晶体管的所述控制端子与所述第三晶体管的所述控制端子被电耦合。

18.根据权利要求6所述的电路，其中电阻器被耦合在所述切换元件的所述第一端子或所述第二端子与参考电位之间。

19.根据权利要求6所述的电路，其中所述切换元件为单极晶体管、场效应晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管，其中所述场效应晶体管的阈值电压在-0.7V和+0.7V之间的范围内。

20.根据权利要求6所述的电路，其中所述电路包括反相或非反相电平转换器，其被配置为基于所述开关状态信号来提供所述切换信号。

21.根据权利要求7所述的电路，其中所述电路被配置为针对从所述切换元件的第一切换状态到所述切换元件的第二切换状态的改变来激活所述第一加速元件和所述第二加速元件二者；以及

针对从所述切换元件的第二切换状态到所述切换元件的第一切换状态的改变来激活所述第一加速元件和所述第二加速元件二者。

22.根据权利要求6所述的电路，其中所述电路被配置为在一定时间段期间产生放电脉冲，所述时间段足够长以将所述切换元件的所述控制端子、所述第一端子和所述第二端子之间的电容放电为低至小于初始电荷的10％。

23.根据权利要求22所述的电路，其中所述电路被配置为当所述第一加速元件已经达到预定的状态时终止所述放电脉冲。

24.根据权利要求6所述的电路，其中所述电路包括RS触发器来提供脉冲以暂时激活所述第一加速元件；

其中所述RS触发器被配置为当所述切换元件的切换状态将被改变时进行置位；以及

其中所述RS触发器被配置为当所述第一加速元件已经达到预定的状态时进行复位。

25.根据权利要求24所述的电路，其中所述电路包括RC元件，所述RC元件被配置为接收针对所述第一加速元件的控制电压，并且其中所述RS触发器被配置为当所述RC元件的电容达到或超过预定的阈值电压时进行复位。

26.根据权利要求25所述的电路，其中所述RC元件的电容由晶体管所形成，除沟道宽度外，所述晶体管与形成所述第一加速元件的晶体管相同。

27.根据权利要求6所述的电路，其中所述第一加速元件的晶体管的沟道宽度至多是所述切换元件的晶体管的沟道宽度的1/40。

28.根据权利要求6所述的电路，其中所述第一加速元件的加速晶体管沿所述切换元件的晶体管分布。

29.一种射频开关，包括：

根据权利要求6的第一电路；以及

根据权利要求6的第二电路；

其中所述第一电路的切换元件与所述第二电路的切换元件被串联地电路连接。

30.根据权利要求29所述的射频开关，其中所述第一电路的切换元件的第一端子通过第一偏置装置被耦合到参考电位，使得所述第一电路的切换元件的第一端子被偏置到参考电位；

其中所述第一电路的切换元件的第二端子被耦合到所述第二电路的切换元件的第一端子；以及

其中所述第二电路的切换元件的第一端子通过第二偏置装置被耦合到所述参考电位，使得所述第二电路的切换元件的第一端子被偏置到所述参考电位。

31.根据权利要求29所述的射频开关，其中电路被配置为同时激活所述第一电路和所述第二电路的第一加速元件，并且同时将切换信号提供给所述第一电路和所述第二电路。

32.一种电路，包括：

用于切换的装置，具有用于射频信号的第一端子和第二端子，和控制端子；以及

用于将用于切换的装置的所述控制端子和所述第一端子短路的装置；

其中所述电路被配置为当用于切换的装置的切换状态将被改变时暂时激活用于短路的装置。

33.一种电路，包括：

具有漏极端子、源极端子和栅极端子的场效应晶体管；

被连接在所述场效应晶体管的栅极端子与漏极端子之间的第一加速元件，以及被连接在所述场效应晶体管的栅极端子与源极端子之间的第二加速元件，其中所述第一加速元件被配置为提供所述栅极端子与所述漏极端子之间的连接，所述第二加速元件被配置为提供所述栅极端子与所述源极端子之间的连接；

被连接在所述场效应晶体管的栅极端子与用于提供切换信号的控制电路之间的阻抗网络；以及

被连接在所述场效应晶体管的漏极端子与参考电位之间的电阻器；

其中所述电路被配置为针对从所述场效应晶体管的第一切换状态到所述场效应晶体管的第二切换状态的改变来暂时激活所述第一加速元件和所述第二加速元件二者，以及针对从所述场效应晶体管的第二切换状态到所述场效应晶体管的第一切换状态的改变来激活所述第一加速元件和所述第二加速元件二者。

34.一种用于切换电路的方法，其中所述电路包括具有第一端子、第二端子和控制端子的切换元件，所述方法包括：

当所述切换元件的切换状态将被改变时，暂时激活被连接在所述切换元件的所述第一端子与在控制端子和阻抗网络之间的节点之间的第一加速元件以提供所述控制端子与所述第一端子之间的连接，和/或暂时激活被连接在所述切换元件的所述控制端子与所述第二端子之间的第二加速元件以提供所述控制端子与所述第二端子之间的连接，并且其中所述阻抗网络被耦合在所述控制端子与用于接收切换信号的切换节点之间。