CN104541453A

CN104541453A - 具有关断状态电容减小的多掷天线开关

Info

Publication number: CN104541453A
Application number: CN201380042096.1A
Authority: CN
Inventors: M·安; C-H·李; A·哈德吉克里斯托斯
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2012-08-09
Filing date: 2013-08-09
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2033-08-09
Also published as: ES2608038T3; EP2883308B1; KR20150042808A; US9024838B2; EP2883308A1; KR102096331B1; JP2015530798A; JP6258322B2; US20140043206A1; HUE030857T2; WO2014026158A1; CN104541453B

Abstract

公开了一种具有关断状态电容减小的多掷天线开关。在一示例性实施例中，提供了一种装置，该装置包括连接到天线的多个第一级开关、以及连接到该多个第一级开关的多个第二级开关，每个第一级开关串联地连接到一个或多个第二级开关以形成连接到该天线的多个可开关信号路径。

Description

具有关断状态电容减小的多掷天线开关

背景技术

领域

本申请一般涉及电子电路的操作和设计，尤其涉及天线开关的操作和设计。

背景

常规多掷天线开关操作用于从天线接收具有各种功率电平的信号并且将这些信号引导至恰适的处理电路系统。由于处于关断状态的开关路径中出现的大电容，增加天线开关投掷数目导致在高频处有高插入损耗。此外，每个开关路径可能需要处置不同的信号功率电平；然而常规天线开关中的所有开关通常被设计成处置最高预期信号功率，因此增加了成本和电路尺寸。

相应地，公开了具有关断状态电容减小以实现低插入损耗、减小的电路尺寸和更低成本的多掷天线开关。

附图简述

通过参照以下结合附图考虑的描述，本文中所描述的以上方面将变得更易于明了，在附图中：

图1示出了常规多掷天线开关；

图2示出了新颖的多掷天线开关的示例性实施例；

图3示出了解说其相关联的关断状态电容的开关的示例性实施例；

图4示出了控制器的示例性实施例；

图5示出了用于操作具有多级以减小关断状态电容的天线开关的示例性方法；以及

图6示出了天线开关装置的示例性实施例。

详细描述

下面结合附图阐述的详细描述旨在作为对本发明的示例性实施例的描述，而非旨在代表可在其中实践本发明的仅有实施例。贯穿本描述使用的术语“示例性”意指“用作示例、实例或解说”，并且不应一定解释成优于或胜于其它示例性实施例。本具体实施例部分包括具体细节以提供对本发明的示例性实施例的透彻理解。对于本领域技术人员将显而易见的是，没有这些具体细节也可实践本发明的示例性实施例。在一些实例中，公知的结构和设备以框图形式示出以免湮没本文中给出的示例性实施例的新颖性。图1示出了常规多掷天线开关100。天线开关100包括多个个体开关102，其中每个开关具有到天线104的连接。开关102的输出106连接到各种发射和接收电路(未示出)。

在操作期间，其中一个开关被启用或即“闭合”以启用天线104到其中一个发射/接收电路的连接。由于开关100的配置，所有个体开关102一般被设计为处置该系统中的最高功率。这意味着每个开关包括可能较大且成本高昂的高击穿电压器件。进一步，当一开关被闭合时，剩余断开的开关提供关断状态电容。开关102的并联配置意味着这些断开的开关102的关断状态电容将会组合以形成出现在天线端口处的大电容值并且由此导致大插入损耗。

图2示出了新颖的多掷天线开关200的示例性实施例。例如，开关200适于用在无线设备中。开关200包括耦合到天线202的第一级开关224和耦合到第一级开关224的第二级开关226以形成连接到天线202的多个信号路径。例如，第一级开关224包括一个第一级开关群204，该第一级开关群204包括耦合到天线202的三个第一级开关(SW_CM1、SW_CM2、SW_CM3)。第二级开关226包括三个第二级开关群206、208和210，在每群中包括多个第二级开关。例如，群206包括开关(SW_CM1_1、SW_CM1_2、SW_CM1_3、SW_CM1_4)，群208包括开关(SW_CM2_1、SW_CM2_2、SW_CM2_3)，并且群210包括开关(SW_CM3_1、SW_CM3_2、SW_CM3_3)。

第二级开关群206、208和210分别具有连接到各个发射和接收电路(未示出)的开关输出212、214和216。在示例性实施例中，第二级开关群206、208和210中的开关耦合到第一级开关群204中的开关，从而减小天线端口228处的关断状态电容。应当注意，开关200可以配置成包括耦合到任何数目的第二级开关群的任何数目的第一级开关群。

提供了操作用于控制开关200的控制器218。控制器218从该无线设备处的另一实体(诸如基带处理器)接收天线控制信号220。在示例性实施例中，天线控制信号220由控制器218使用以生成四个控制信号，包括一个级1控制信号(Stage1_g1)和三个级2控制信号(Stage2_g1、Stage2_g2、和Stage2_g3)。如图2中解说的，这四个控制信号被连接成控制开关群204、206、208和210中的开关的操作。在示例性实施例中，每个控制信号包括多个控制位并且每个位被用来断开或闭合相应开关。控制器218可以配置成生成任何数目的控制信号以控制可能在开关200中使用的任何数目的开关群。

在操作期间，一个或多个第一级开关224和一个或多个第二级开关226被启用或即“闭合”以提供天线202与该无线设备处选定的发射/接收电路系统之间的一个或多个信号路径。由于开关200的配置，剩余的关断状态(或即断开)开关相组合以产生降低的电容值，从而导致开关200具有低插入损耗。例如，当第一级开关224和第二级开关226中的选定开关被闭合时，未连通的信号路径中剩余的断开的开关相组合以产生比图1中所示的常规多掷天线开关更低的关断状态电容。例如，若路径222中的开关SW_CM1和SW_CM1_1被闭合并且剩余的开关断开，则天线端口228处的总关断状态电容可以从以下所示的电容A、B和C的并联组合(可以被表达为(A//B//C))来确定。

A.群206中的剩余非闭合开关(称为SW_CM1_XX)并联组合的电容

B.群208中的非闭合开关(称为SW_CM2_XX)并联组合的电容与第一级开关SW_CM2的电容串联组合。

C.第一级开关SW_CM3的电容与群210的非闭合开关(称为SW_CM3_XX)的电容串联组合。

以上的关断状态电容结果低于常规开关100，常规开关100具有等于[(n-1)*(SW_CMX_XX)]的关断状态电容，其中n等于天线端口处的开关投掷的总数。在各种示例性实施例中，开关200的配置可以被延展到具有更大数目的开关投掷的天线开关，诸如SP14T或者16T。

在示例性实施例中，第一级开关群204中的个体开关被设计为处置系统中的最高功率，这意味着第一级开关群204中的每个开关包括高击穿电压器件。然而，第二级开关群206、208和210既包括高击穿电压(高功率)器件也包括低击穿电压(低功率)器件，以实现提高的效率。例如，第二级开关群206中的开关具有耦合到高功率信号路径的输出212并且因此包括高击穿电压器件。然而，第二级开关群208、210中的开关具有耦合到低功率信号路径的输出214、216，并且因此这些开关包括低击穿电压器件以节省尺寸和成本。由此，开关200提供了减小的成本和电路尺寸，因为至少一个开关群(即，本示例中的群208和210)可以被配置成具有低击穿电压器件，这些低击穿电压器件与在常规天线开关中典型使用的更大器件相比具有更小尺寸和更低成本。应当注意，基于开关200形成的信号路径的预期信号功率，高击穿电压器件和低击穿电压器件的任何组合可以被利用以节省空间和降低成本。

因此，一般而言，开关200的总关断状态电容是从与多个开关分支的断开的开关相关联的电容的并联电容组合来确定的，其中每个开关分支包括第一级开关以及该第一级开关串联地连接到的所有第二级开关。例如，开关分支230包括第一级开关(SW_CM3)和第二级开关(SW_CM3_1、SW_CM3_2、SW_CM3_3)。由此，每个开关分支具有从其断开的开关确定的电容，并且该开关的总关断状态电容是从与所有开关分支相关联的电容的并联电容组合来确定的。

进一步，开关200的尺寸和成本可以被减小，因为一个或多个开关可以包括为较低功率信号设计的低击穿电压器件(即，1.8V器件)。此外，较低击穿电压器件也提供比较高击穿电压器件更低的导通电阻(Ron)。由此，随着更多开关群被设计为使用较低击穿电压器件，开关200的关断状态电容被进一步减小。

在一示例性实施例中，天线开关200包括一个第一级开关群(204)和三个第二级开关群(206、208和210)。然而，应当注意，在各种实施例的范围中，其他安排是可能的，并且这些其他安排可以提供甚至更低的关断状态电容。因此，开关配置并不限于图2中示出的示例性实施例，并且可以被设计或者配置成提供连接到任何数目的第二级开关群的任何数目的第一级开关群。每个配置可以被设计成减小该开关的关断状态电容并且在恰适的场合利用低击穿电压器件来减小尺寸和成本。

由此，在各种示例性实施例中，与常规天线开关相比，此新颖的多掷天线开关200减小了关断状态电容。进一步，开关200的配置提供了使用较低击穿电压器件的低功率路径，从而使得低插入损耗更容易达成并且提供额外的关断状态电容减小以及减小的电路尺寸和成本。

图3示出了解说其相关联关断状态电容的开关300的示例性实施例。例如，开关300包括实现在集成电路上的NMOS或者PMOS晶体管中的一者来形成集成开关。由此，开关300适合于用作图2中所示天线开关200中的任何开关。开关300包括出现在开关端子之间的多个内部电容。例如，电容C_DS出现在源极端和漏极端之间。开关300的总关断状态电容(C_TOTAL)是从这些内部电容的组合来确定的。由此，天线开关200的任何个体开关的总关断状态电容(C_TOTAL)能从以下表达来确定。

C_TOTAL＝C_DS+(C_GS//C_GD)+(C_BS//C_DB)

图4示出了控制器218的示例性实施例。控制器218包括处理器402、级1接口404和级2接口406，它们全都耦合成在总线408上通信。应当注意，控制器218仅是一个实现，并且其他实现是可能的。

级1接口404包括操作用于允许控制器218选择级1开关是断开还是闭合的硬件和/或执行软件的硬件。例如，级1接口404输出Stage1_g1控制信号，该Stage1_g1控制信号包括可以被用来分别控制一个或多个级1开关的一个或多个位。级1接口404通过使用总线408与处理器402通信来被控制。

级2接口406包括操作用于允许控制器218选择级2开关是断开还是闭合的硬件和/或执行软件的硬件。例如，级2接口406输出Stage2_g1、Stage2_g2以及Stage2_g3控制信号，这些控制信号包括可以被用来分别控制一个或多个级2开关群的一个或多个位。级2接口406使用总线408通过处理器402的操作来被控制。

处理器402包括CPU、处理器、门阵列、硬件逻辑、存储器元件、和/或执行软件的硬件中的至少一者。例如，处理器402执行存储或者嵌入在内部存储器中的指令。处理器402操作用于控制级1接口404和级2接口406以执行本文中描述的功能。

在示例性实施例中，处理器402从基带处理器或者其他实体接收天线控制信号220并且操作用于基于该天线控制信号220来控制级1接口404和级2接口406以生成开关控制信号Stage1_g1、Stage2_g1、Stage2_g2以及Stage2_g3，从而闭合及断开恰适的开关以启用所需要的天线信号路径，而同时减小与断开的开关相关联的关断状态电容。应当注意，控制器218并不限于图4中所示的实现并且在其他示例性实施例中，控制器操作用于基于天线开关配置来按需生成更多或更少的级1和级2控制信号。图5示出了用于操作具有多个级以减小关断状态电容的天线开关的示例性方法500。例如，方法500适于由图2中所示的控制器218使用。在一个实现中，处理器402执行一个或多个代码或者指令集以控制该控制器218执行以下描述的功能。

在框502，天线控制信号被处理器402接收。在示例性实施例中，处理器402从设备处的基带处理器接收天线控制信号220。处理器402使用天线控制信号来确定用于天线200的每一级和开关群的开关控制设置。例如，天线控制信号指示哪些信号路径要被启用和/或禁用。处理器402与级1接口404和级2接口406通信以启用和/或禁用恰适的级1和级2开关以激活和停用恰适的信号路径。在框504，级1控制信号被生成以断开或者闭合恰适的级1开关。例如，级1接口404输出Stage1_g1信号，该Stage1_g1信号被耦合成启用/禁用级1开关。

在框506，级2控制信号被生成以断开或者闭合恰适的级2开关。例如，级2接口406输出Stage2_g1、Stage2_g2和Stage2_g3信号，这些信号被耦合成启用/禁用级2开关。

因此，方法500提供了用于操作具有多个级以减小关断状态电容的天线开关来提供减小的插入损耗的方法。应当注意，方法500仅是一个实现并且方法500的各操作可被重新安排或以其他方式被修改，以使得其它实现也是可能的。

图6示出了天线开关装置600的示例性实施例。例如，装置600适于用作图2中所示的天线开关200。在一方面，开关装置600由配置成提供如本文中所描述的功能的一个或多个模块来实现。例如，在一方面，每个模块包括硬件和/或执行软件的硬件。

装置600包括第一模块，该第一模块包括用于生成第一级开关控制信号和第二级开关控制信号的装置(602)，其在一个方面包括控制器218。

装置600还包括第二模块，该第二模块包括用于使用第一级开关控制信号来开关连接到天线的多个第一级开关的装置(604)，其在一个方面包括一个或多个第一级开关224。

装置600还包括第三模块，该第三模块包括用于使用第二级开关控制信号来开关连接到该多个第一级开关的多个第二级开关的装置(606)，每个第一级开关串联地连接到一个或多个第二级开关以形成连接到天线的多个可开关信号路径，装置606在一个方面包括一个或多个第二级开关226。

本领域技术人员将理解，信息和信号可使用各种不同技术和技艺中的任何一种来表示或处理。例如，以上描述通篇可能引述的数据、指令、命令、信息、信号、位(比特)、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光粒子、或其任何组合来表示。还应注意晶体管的类型和技术可被替换、重新安排或以其他方式修改以达成相同的结果。例如，可以把示为利用PMOS晶体管的电路修改为使用NMOS晶体管，反之亦然。由此，本文中所公开的放大器可以使用各种晶体管类型和技术来实现，并且不受限于附图中所示的这些晶体管类型和技术。例如，可以使用诸如BJT、GaAs、MOSFET之类的晶体管类型或任何其他的晶体管技术。

本领域技术人员将进一步领会，结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑框、模块、电路、和算法步骤可被实现为电子硬件、计算机软件、或两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、块、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员可针对每种特定应用以不同方式来实现所描述的功能性，但此类实现决策不应被解读为致使脱离本发明的示例性实施例的范围。

结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑块、模块、和电路可用设计成执行本文所描述的功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件组件、或其任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协同的一个或多个微处理器或任何其它此类配置。

结合本文所公开的实施例描述的方法或算法的各个步骤可直接用硬件、由处理器执行的软件模块或两者的组合来实现。软件模块可驻留在随机存取存储器(RAM)、闪存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦式可编程ROM(EEPROM)、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质被耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读和写信息。替换地，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。替换地，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。

在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现，则各功能可以作为一条或多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括非瞬态计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地到另一地的转移的任何介质。非瞬态存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的期望程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合应当也被包括在计算机可读介质的范围内。提供了对所公开的示例性实施例的描述是为了使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本发明。对这些示例性实施例的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且本文中定义的一般原理可被应用于其他实施例而不会脱离本发明的精神或范围。因此，本发明并非意在被限定于本文中所示出的示例性实施例，而是应当被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广义的范围。

Claims

1.一种装置，包括：

连接到天线的多个第一级开关；以及

连接到所述多个第一级开关的多个第二级开关，每个第一级开关串联地连接到一个或多个第二级开关以形成连接到所述天线的多个可开关信号路径。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个可开关信号路径具有至少一个低功率信号路径，所述至少一个低功率信号路径包括选定的第二级开关，所述选定的第二级开关具有比连接到所述选定的第二级开关的选定的第一级开关低的击穿电压。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个可开关信号路径包括分别具有一个或多个电容值的一个或多个未连通信号路径，所述一个或多个电容值相组合以形成所述装置的总关断状态电容。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括配置成生成耦合到所述第一和第二级开关的开关控制信号的控制器，所述开关控制信号配置成断开或者闭合任何所述第一和第二级开关以启用或者禁用选定的可开关信号路径。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述控制器配置成从接收到的天线控制信号生成所述开关控制信号。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一和第二级开关配置为集成开关，所述集成开关包括选自包括PMOS和NOMS晶体管的集合的一个或多个晶体管。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个第一级开关包括分别串联地连接到两个第二级开关群的两个第一级开关，每个第二级开关群具有所述第二级开关的选定部分。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置的总关断状态电容是从与所述装置的多个开关分支相关联的电容值的并联电容组合来确定的，每个开关分支具有串联地连接到一个或多个第二级开关的选定的第一级开关。

9.一种方法，包括：

生成第一级开关控制信号和第二级开关控制信号；

使用所述第一级开关控制信号来开关连接到天线的多个第一级开关；以及

使用所述第二级开关控制信号来开关连接到所述多个第一级开关的多个第二级开关，每个第一级开关串联地连接到一个或多个第二级开关以形成连接到所述天线的多个可开关信号路径。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述生成包括从天线控制信号生成所述第一级开关控制信号和所述第二级开关控制信号。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括开关所述多个第一和第二级开关以启用至少一个低功率信号路径，所述至少一个低功率信号路径包括选定的第二级开关，所述选定的第二级开关具有比连接到所述选定的第二级开关的选定的第一级开关低的击穿电压。

12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括开关所述多个第一和第二级开关以形成分别具有一个或多个电容值的一个或多个未连通信号路径，所述一个或多个电容值相组合以形成与所述多个第一和第二级开关相关联的总关断状态电容。

13.一种设备，包括：

用于生成第一级开关控制信号和第二级开关控制信号的装置；

用于使用所述第一级开关控制信号来开关连接到天线的多个第一级开关的装置；以及

用于使用所述第二级开关控制信号来开关连接到所述多个第一级开关的多个第二级开关的装置，每个第一级开关串联地连接到一个或多个第二级开关以形成连接到所述天线的多个可开关信号路径。

14.如权利要求13所述的设备，其特征在于，所述用于生成的装置包括用于从天线控制信号生成所述第一级开关控制信号和所述第二级开关控制信号的装置。

15.如权利要求13所述的设备，其特征在于，进一步包括用于开关所述多个第一和第二级开关以启用至少一个低功率信号路径的装置，所述至少一个低功率信号路径包括选定的第二级开关，所述选定的第二级开关具有比连接到所述选定的第二级开关的选定的第一级开关低的击穿电压。

16.如权利要求13所述的设备，其特征在于，进一步包括用于开关所述多个第一和第二级开关以形成分别具有一个或多个电容值的一个或多个未连通信号路径的装置，所述一个或多个电容值相组合以形成所述设备的总关断状态电容。

17.如权利要去13所述的设备，其特征在于，所述第一和第二级开关配置为集成开关，所述集成开关包括选自包括PMOS和NOMS晶体管的集合的一个或多个晶体管。