CN105024677A - Rf开关电路 - Google Patents

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Abstract

描述了一种RF开关装置(400)，包括偏置交换电路(30)。偏置交换电路根据RF开关的状态来切换偏置电压。这改善了RF开关的性能而不需要电荷泵电路。

Description

RF开关电路
技术领域
本发明涉及用于将天线耦合至RF收发机的射频(RF)开关电路。
背景技术
RF天线开关典型地用于将RF收发机与天线相连。RF收发机典型地可以具有用于发送输出RF信号的功率放大器(PA)和用于接收RF输入信号的低噪放大器(LNA)。常见的RF开关拓扑是单刀双掷(SPDT)，SPDT是具有三个RF端口的电路结构。例如，SPDT RF开关可以在发送模式下用在无线局域网(WLAN)前端中，以将PA输出与天线相连而断开LNA。在接收模式下，SPDT RF开关典型地将天线与LNA输入相连而断开PA。其他天线开关电路例如可以用于将蜂窝或蓝牙收发机与天线相连。RF天线开关结构典型地在与封装在模块中的收发机分立的管芯上。
如图1所示，可以使用单一MOSFET 10来实现简单的开关100。可以利用电压Vin从RF源驱动RF输入16，RF源具有通常为50Ω的源阻抗Rs。输出端子14可以与RF负载相连，RF负载具有通常为50Ω的负载阻抗R1。输出端子14处的电压电平可以由Vout表示。典型地，仅n型FET用于RF开关，因为n型FET比p型FET具有更高迁移率载流子，从而在漏极和源极之间产生更低的接通电阻Rds-on，这产生更低的插入损耗。插入损耗是当接通开关时，即，当MOSFET开关具有导电沟道时，从输入16至输出14传播经过开关的信号的衰减或功率损耗。当关断开关时，由于从MOS晶体管10的漏极至源极的非零电容Cds-off，仍然存在从输入16至输出14的信号泄漏：在这种情况下，Vout与Vin的比值是泄漏的度量，因此开关隔离。开关的尺寸表示在插入损耗与开关隔离之间的权衡，被并入到定义为Rds-on与Cds-off之积的品质因数中。
如图1所示，可以添加电阻器Rg和Rb来分别自举(bootstrap)MOSFET 10的栅极端子和体(body)端子。因此，这些端子将平均源极和漏极上的RF信号。在源极和漏极上的RF信号几乎相等的导通状态下，自举电阻器可以抵消漏极源极与栅极/体之间的各种寄生电容的效应，这可以得到改善的带宽和线性度。Rg和Rb的典型值大于1kΩ。在操作中，体电阻器Rb可以连接到0V，可以经由源电阻Rs和负载电阻RL在0V处偏置漏极和源极端子。例如，对于具有2.5V电源的CMOS电路，可以通过经由控制输入18向开关施加栅极电压Vgate来接通开关，其中栅极电压Vgate为2.5V。可以用0V的Vgate来关断开关，但仅仅是微弱地关断，因为源极和漏极之间是二极管或阈值电压两倍的RF摆动将会开始接通MOSFET，从而降低信号隔离，进而增加信号损耗。
图2示出了利用电源工作的已知MOSFET开关200的示例，所述电源可以是例如2.5V。将RF信号的偏置电平设置为0V。可以通过向开关施加2.5V的栅极电压Vgate来接通开关。
为了改善开关隔离，可以如图2所示包含电荷泵22。电荷泵22可以连接在控制输入18与栅极自举电阻器Rg之间。电荷泵可以在控制端子18上的输入为2.5V时输出2.5V电压，还可以在控制输入为0V时产生-2.5V电压，这可以用于使晶体管10截止。电荷泵22的第二输出可以向体电阻器Rb提供-2.5V电压。这种布置改善了开关的关断状态，但是以额外电路为代价。
图3示出了利用2.5V电源工作的已知MOSFET开关300的示例。在MOSFET 10的漏极与提供给端子24的2.5V偏置源电压之间布置偏置电阻器R1。在MOSFET 10的源极与提供给端子26的2.5V源电压之间布置偏置电阻器R2。可以在输入与MOSFET的漏极之间布置去耦电容器C1。可以在MOSFET的源极与输出之间布置去耦电容器C2。在这种布置中，输入和输出与晶体管10去耦合，允许不同偏置点。为了导通晶体管10，控制电压Vgate必须为至少2.5V加上阈值电压。由于该电压大于典型电源电压，在控制输入18与栅极之间耦合电荷泵28以提供典型为5V的导通电压和0V的截止电压。在这种偏置布置下，2.5V电压将微弱地关断开关，0V电压将会是更强的关断状态。
发明内容
所附权利要求限定了本发明的多个方面。
在第一方面，限定了一种RF开关电路，用于将天线与RF电路耦合，所述RF开关电路具有第一操作模式和第二操作模式，并且所述RF开关电路包括：开关，布置为可切换地将RF信号输入耦合到RF信号输出，所述开关包括具有第一端子、第二端子和控制端子的第一晶体管；偏置交换电路，具有与第一端子和第二端子耦合的偏置电压输出；其中，所述偏置交换电路可操作为响应于RF开关电路的操作模式的改变，在第一偏置电压值和第二偏置电压值之间切换偏置电压输出。
通过在RF开关电路改变时切换晶体管的第一端子和第二端子上的偏置电压值，可以改善RF开关的性能，因为开关可以被更强地接通或关断。此外，在RF开关电路模式改变时切换偏置电压，这意味着可以使用其他电路所需的电源电压来实现改善的性能。因此，可以改善RF开关性能，而无需附加的电荷泵电路产生在正常电源电压范围之外的电压电平。
RF开关电路的实施例还可以具有模式控制器，所述模式控制器耦合至偏置交换电路和控制端子，并且可操作为在第一操作模式和第二操作模式之间切换RF开关电路。
模式控制器可以控制RF开关或包括RF开关的设备在哪个模式下操作。例如，模式控制器可以在发送操作模式和接收操作模式之间切换。可以使用硬件或硬件与软件的组合来实现模式控制器。
在实施例中，RF开关电路可以包括：RF信号功率检测器，耦合至RF信号输入和RF信号输出中的至少一个以及偏置交换电路，其中偏置交换电路还可操作为响应于检测到的RF信号功率的改变，改变偏置电压输出上的电压。
RF开关电路可以根据信号强度改变偏置电压，以在电场强度与开关被关断或接通的强度之间权衡。根据信号强度改变偏置电压，这可以减小在开关期间作用于器件上的应力，从而在保持可接受的开关性能的同时改善RF开关电路的寿命。
在实施例中，RF开关电路可以包括：电源检测器，耦合至偏置交换电路，其中所述偏置交换电路还可操作为响应于检测到的电源电压和/或电源电流的改变，改变偏置电压输出上的电压。
电池供电的设备可以具有随时间而减小的电源电压。可以使用检测到的电源电压来调节偏置电压以改善开关性能。
在实施例中，RF开关电路可以包括：温度传感器，耦合至偏置交换电路，其中所述偏置交换电路还可操作为响应于检测到的温度的改变，改变偏置电压输出上的电压。
包括温度传感器的实施例可以改变偏置电压以避免在高温下将RF开关去偏置的风险。
RF开关电路的实施例可以包括开关，所述开关包括与第一晶体管串联布置的至少一个另外的晶体管，所述第一晶体管的控制端子与所述至少一个另外的晶体管的控制端子耦合，所述偏置交换电路输出与所述至少一个另外的晶体管的第一端子和第二端子耦合。
晶体管的串联可以用于通过划分电压应力来处理更大功率信号。从而可以处理更大功率信号而不会在关断状态下出现开关击穿或导通。
实施例可以包括与每个晶体管控制端子耦合的自举元件。自举元件可以是电阻器和电感器。电阻器和电感器均能够在适当自举所需的RF频率下提供高阻抗。电感器还可以在低频率下提供低阻抗。
在实施例中，RF开关包括：第一去耦电容器，布置在RF信号输入与开关之间；以及第二去耦电容器，布置在RF信号输出与开关之间。去耦电容器允许独立于信号输入和输出处的偏置电平来设置开关电路的偏置。
在实施例中，RF开关可以包括：分路晶体管，耦合到RF信号输入。在至输入的信号路径被关断时，可以将分路晶体管导通。分路晶体管可以通过分路将关断的信号路径馈通到接地的任何信号，来保护RF信号晶体管。
在实施例中，RF开关电路还可以包括RF输入端子、RF输出端子和天线端子，其中，所述偏置交换电路还包括第二偏置电压输出；所述开关还包括具有第一端子、第二端子和控制端子的第二晶体管，所述第二晶体管的第一端子耦合至RF输出端子，所述第二晶体管的第二端子耦合至天线端子，所述第二晶体管的第一端子和所述第二晶体管的第二端子耦合至第二偏置电压输出，所述第一晶体管的第一端子耦合至RF输入端子，所述第一晶体管的第二端子耦合至天线端子，其中所述RF开关电路可操作为将RF输入端子耦合至天线端子或者将天线端子耦合至RF输出端子；并且所述偏置交换电路可操作为响应于RF开关电路的操作模式的改变在第一偏置电压输出和第二偏置电压输出之间交换第一偏置电压值和第二偏置电压值。
RF开关电路可以实现SPDT开关，所述SPDT开关可以在发送模式下将发射机输出连接到天线并且在接收模式下将天线连接到接收机输入。
在实施例中，RF开关电路可以包含在RF收发机中。
可以将RF收发机和RF开关电路实现在单一集成电路上。通过简化偏置布置，可以使用CMOS技术更容易地将RF开关与RF收发机集成在一起。
在实施例中，一种移动设备可以包括RF开关电路。
在实施例中，移动设备可以包括实现了SPDT开关的RF开关电路、天线和RF收发机，其中，RF输入端子耦合至RF收发机的输出，RF输出端子耦合至RF收发机的输入，并且天线耦合至天线端子。
在实施例中，晶体管可以是MOSFET晶体管。
附图说明
在附图和说明书中，相似的参考数字表示相似的特征。现在仅通过示例，如附图所示，详细描述本发明的实施例，附图中：
图1示出了已知的MOSFET RF开关；
图2示出了已知的MOSFET RF开关；
图3示出了另一已知的MOSFET RF开关；
图4示出了根据实施例的RF开关；
图5示出了根据实施例的具有模式检测的RF开关；
图6示出了根据另一实施例的具有信号功率检测的RF开关；
图7示出了根据另一实施例的具有电源检测的RF开关；
图8示出了根据实施例的具有温度检测的RF开关；以及
图9示出了根据实施例的天线RF开关电路的另一实现方式。
具体实施方式
图4示出了RF开关电路400。第一电阻器R1可以连接在NMOS晶体管10的漏极与偏置交换(swap)电路30的输出之间。第二电阻器R2可以连接在NMOS晶体管10的源极与偏置交换电路30的输出之间。去耦电容器C1可以连接在NMOS晶体管10的漏极与RF开关的RF输入16之间。去耦电容器C2可以连接在NMOS晶体管10的源极与RF输出14之间。自举栅极电阻器Rg可以连接在控制输入18与NMOS 10的控制端子或栅极之间。体偏置电阻器Rb可以连接到偏置电压电源轨，所述偏置电压电源轨可以是地电位。
在操作中，可以将RF输入16与RF信号源相连，源阻抗为Rs。RF信号源可以是例如RF功率放大器或天线。可以将RF开关RF输出14与表示为RL的输出负载相连。该输出负载可以是例如天线或低噪放大器。
偏置交换电路30可以根据RF开关400的操作状况输出不同的偏置电压。对于2.5V的示例电源电压，偏置交换电路30可以在开关接通时输出0V，在开关关断时输出2.5V。开关接通时的状况可以被看作是一个操作模式，开关关断时的状况可以被看作是第二操作模式。为了接通RF开关400，可以向输入端子18施加2.5V电压，并且可以利用偏置交换电路30在0V处偏置漏极和源极。然后将可以被看作是配置为开关的NMOS晶体管10完全导通。为了关断RF开关400，可以向输入端子施加0V电压。由于偏置电压被偏置交换电路30改变或交换，RF开关处于强关断状态，从而能够处理更大的信号。偏置交换电路30改善了RF开关300的性能，而无需附加的电荷泵电路。
本领域技术人员将认识到，实现在诸如2.5V和0V等电源轨电压值之间交换偏置电压的偏置交换电路比实现电荷泵需要更少的电路。这使得可以使用诸如NXP Qubic4等工艺，将RF开关与例如RF收发机等其他电路集成在相同的管芯上，所述NXP Qubic4工艺具有5.3nm栅极氧化物和0.25μm最小沟道长度MOSFET，这意味着栅源电压或栅漏电压具有2.5V的典型最大值。
在其他示例中，偏置交换电路还可以在多于两个电压电平之间交换。偏置交换电路可以与输入端子18相连以在施加到栅极的电压改变时直接触发偏置改变。备选地，偏置交换电路可以与其他电路相连以触发偏置电压的改变。
电源电压可以由包括RF开关400的移动设备中的电池来提供。电池电压输出可以例如在2.3V至4.8V的范围内。
NMOS晶体管10可以是对称的，在这种情况下，无所谓哪个端子是源极哪个端子是漏极。因此，图4中分派了任意源极和漏极。对于MOS器件非对称(例如，具有扩展的源极)的RF开关，可以认为漏极是能够处理较高电压从而将具有大部分电压应力的端子。
RF开关400包括利用电阻器的自举。其他示例可以利用电感器来实现自举。在适当自举所需的RF频率下，电阻器和电感器均可以提供高阻抗。电感器在低频率下提供低阻抗，但可以高于电阻器。
示出NMOS晶体管10具有体连接。这种体或p阱(对于NMOSFET而言)可以通过衬底被连接，或如同在隔离器件中一样被直接连接。还可以对隔离器件中的n型隔离进行自举。
图5示出了RF开关500，RF开关500具有模式控制32以控制RF开关500的模式。自举栅极电阻器Rg可以连接在模式控制32的输出与NMOS晶体管10的栅极之间。偏置交换电路30可以具有与模式控制32的输出相连的输入。模式控制32的输出可以指示RF开关500的操作模式。第一电阻器R1可以连接在NMOS晶体管10的漏极与偏置交换电路30的输出之间。第二电阻器R2可以连接在NMOS晶体管10的源极与偏置交换电路34的输出之间。去耦电容器C1可以连接在NMOS晶体管10的漏极与RF开关的输入16之间。去耦电容器C2可以连接在NMOS晶体管10的源极与RF输出14之间。体偏置电阻器Rb可以连接到偏置电压源轨，所述偏置电压源轨可以是地电位或0V。
模式控制32可以响应于电路模式的改变来切换RF开关500。例如，这可以是例如在诸如RF收发机等电路的发送模式与接收模式之间的改变。模式控制32可以触发偏置交换电路34改变或交换NMOS晶体管10的源极或漏极处的偏置电压电平。模式控制32可以通过开关NMOS晶体管10来接通或关断RF开关。模式控制32可以触发偏置交换电路34在相同时刻或不同时刻改变NMOS晶体管10。为了接通RF开关500，模式控制32可以向NMOS晶体管10的栅极施加2.5V电压。模式控制32可以触发偏置交换电路34将偏置电压交换为0V电压。因此，NMOS晶体管10的漏极和源极处的偏置电压可以处于0V。于是NMOS晶体管10完全导通。为了关断RF开关500，模式控制32可以向栅极施加0V电压。模式控制32可以触发偏置交换电路34将偏置电压交换到2.5V。NMOS晶体管10的漏极和源极处的偏置电压可以为2.5V。由于偏置电压被偏置交换电路332改变或交换，RF开关500可以处于强关断状态，这是因为栅源电压为-2.5V。因此，RF开关500可以处理更大的RF输入信号。因此，偏置交换电路32可以改善RF开关500的性能，而不需要附加的电荷泵电路。
图6示出了可以根据RF信号输入电平来交换偏置电压的RF开关600。RF信号功率检测器42的输入可以与RF输入16相连。功率检测器42的输出可以与偏置交换电路40相连。模式控制32的输出可以与偏置交换电路40相连。模式控制32的输出可以指示RF开关600的操作模式。
自举栅极电阻器Rg可以连接在模式控制32的输出与NMOS晶体管10的栅极之间。第一电阻器R1可以连接在NMOS晶体管10的漏极与偏置交换电路40的输出之间。第二电阻器R2可以连接在NMOS晶体管10的源极与偏置交换电路40的输出之间。去耦电容器C1可以连接在NMOS晶体管10的漏极与RF开关RF输入16之间。去耦电容器C2可以连接在NMOS晶体管10的源极与RF输出14之间。体偏置电阻器Rb可以与偏置电压源轨相连，所述偏置电压源轨可以为地电位或0V。
模式控制32响应于电路模式的改变切换RF开关600，类似于RF开关500。这可以是例如在RF收发机的发送模式与接收模式之间的改变。通过监视输入信号的功率电平，可以针对小信号和大信号来优化偏置电平；例如，可以最小化体电压对漏源电阻Rds-on的影响。
功率检测器可以实现为模拟功率检测器，偏置交换电路可以在每一种模式下在连续值范围内改变偏置电压。备选地，功率检测器可以是将信号功率与阈值相比较的离散功率检测器。在这种情况下，可以在每一种模式下在多个离散值之间交换偏置电压。
当偏置电压范围在电源电压0至VCC内时，不需要电荷泵。
例如，当模式为关断时，模式控制32可以通过向栅极施加0V电压使NMOS晶体管10截止。对于小RF信号，偏置交换电路40可以输出2.5V的偏置电压。在2.5V处偏置NMOS晶体管10的漏极和源极。对于大RF信号，偏置交换电路40可以输出3V的偏置电压，这增加了栅源电压的反偏置以更强地关断RF开关。然而这可能由于更大的电场而增加栅极应力，从而可能缩短器件的寿命。通过最小化关断状态期间施加较大电压的时间，可以仅在真正必要时(仅是电路寿命的一小部分)才权衡栅极应力与大信号能力。
大RF信号可以是在电路的1dB压缩点(p1dB)的10dBm内的信号。典型地，对于33dBm P1dB的1W或30dBm开关，大RF信号可以大于23dBm。大RF信号可以是从与RF输入端子16耦合的功率放大器输出的RF信号。小RF信号可以是从与RF输入端子16耦合的天线接收的RF信号。小RF信号可以是与输出端子14耦合的低噪放大器的输入处的RF信号。小RF信号可以根据与发射机的距离和大气条件而改变。小RF信号可以例如在大约+10dBm(在接收机旁路模式下在1dB压缩点的10dBm内)与-80dB(是放大模式下针对接收机的信号电平)之间。
在RF开关的一些实施例中，功率检测器可以与与RF输出端子14相连，根据RF信号输出强度来调节偏置。备选地，功率检测器可以与RF输入端子16和RF输出端子14两者相连。在其他示例中，可以省略模式控制32，并且NMOS晶体管10的栅极耦合到偏置交换电路40。
图7示出了RF开关700，RF开关700可以根据电源电平来交换偏置电压。电源检测器52可以与偏置交换电路50相连。模式控制32的输出可以与偏置交换电路50的输入相连。模式控制32的输出可以指示RF开关700的操作模式。
自举栅极电阻器Rg可以连接在模式控制32的输出与NMOS晶体管10的栅极之间。第一电阻器R1可以连接在NMOS晶体管10的漏极与偏置交换电路50的输出之间。第二电阻器R2可以连接在NMOS晶体管10的源极与偏置交换电路40的输出之间。去耦电容器C1可以连接在NMOS晶体管10的漏极与RF开关RF输入16之间。去耦电容器C2可以连接在NMOS晶体管10的源极与RF输出14之间。体偏置电阻器Rb可以连接至偏置电压源轨，所述偏置电压源轨可以是地电位或0V。
模式控制32可以响应于电路模式的改变来切换RF开关700，类似于RF开关500。模式的改变可以是例如在RF收发机的发送模式与接收模式之间的改变。RF开关700可以用在例如电池供电的移动设备中，所述电池供电的移动设备具有范围在2.5V至4.8V的电源电压。例如，当RF开关接通并且电源检测器52检测到电池被充电在3.8V时，模式控制32可以向NMOS晶体管10的栅极施加3.8V电压，并且偏置交换电路50可以向NMOS晶体管10的源极和漏极施加1.3V电压。如果电源检测器52检测到在2.3V处电池几乎为空，则模式控制32可以向NMOS晶体管10的栅极施加2.3V电压。偏置交换电路50可以向NMOS晶体管10的源极和漏极输出0V电压。因此，可以最小化结电容对线性度的影响。
本领域技术人员将认识到，可以使用已知的电路技术来实现偏置交换电路50和电源检测器52。
在包括电源检测器的RF开关的其他示例中，电源检测器检测何时连接了USB充电器，并且偏置交换电路可以施加2.3V的偏置电压。在其他示例中，可以省略模式控制32，NMOS晶体管10的栅极耦合到偏置交换电路50。
图8示出了RF开关800，RF开关800可以根据RF开关的温度来交换偏置电压。温度检测器62可以与偏置交换电路60相连。模式控制32的输出可以与偏置交换电路60相连。
自举栅极电阻器Rg可以连接在模式控制32的输出与NMOS晶体管10的栅极之间。第一电阻器R1可以连接在NMOS晶体管10的漏极与偏置交换电路60的输出之间。第二电阻器R2可以连接在NMOS晶体管10的源极与偏置交换电路40的输出之间。去耦电容器C1可以连接在NMOS晶体管10的漏极与RF开关RF输入16之间。去耦电容器C2可以连接在NMOS晶体管10的源极与RF输出14之间。体偏置电阻器Rb可以连接至偏置电压源轨，所述偏置电压源轨可以是地电位或0V。
模式控制32可以响应于电路模式的改变来切换RF开关800，类似于RF开关500。当RF开关800关断时，可以触发偏置交换电路以将偏置电压交换为通过温度检测器62的温度检测而确定的电压。该电压可以是低于电源电压的电压。因此，例如，如果电源电压为2.5V，则偏置交换电路60可以在检测到的温度与低于100摄氏度的温度相对应时将偏置电压交换为2.5V电压。如果检测到的温度与高于100摄氏度的温度相对应，偏置交换电路60可以将偏置电压交换为2V电压，从而减小反偏置电压以避免在高温下将RF开关800去偏置的风险。在其他示例中，可以省略模式控制32，并且NMOS晶体管10的栅极耦合至偏置交换电路60。
图9示出了单刀双掷RF开关900。RF开关具有可以与功率放大器的输出相连的第一输入端子74。偏置交换电路70可以具有与模式控制32相连的输入。去耦电容器C1可以串联在输入端子74与NMOS晶体管M1的第一端子(可以是漏极)之间。偏置电阻器R1’可以连接在NMOS晶体管的第一端子与偏置交换电路70的输出之间。偏置电阻器R3可以连接在NMOS晶体管M1的第一端子与晶体管的第二端子(可以是源极)之间。栅极自举电阻器Rg可以连接在控制端子(可以是栅极)与模式控制32的第二输出之间。晶体管M1可以具有体偏置电阻器Rb。去耦电容器C2可以连接在晶体管M1的第二端子与可以跟天线相连的输入/输出端子78之间。
从输入端子74经过C1、M1和C2的串联结构至输入/输出端子78的路径可以形成第一RF开关信号路径。RF开关900可以具有第二开关信号路径，所述第二开关信号路径包括三个NMOS晶体管M2a、M2b和M2c的串联结构。每个NMOS晶体管可以具有连接在晶体管M2a、M2b和M2c的相应栅极与反相器72的输出之间的相应栅极自举电阻Rga、Rgb和Rgc。每个NMOS晶体管M2a、M2b和M2c可以具有与可以为地电位的端子相连的相应体偏置电阻器Rba、Rbb和Rbc。每个NMOS晶体管M2a、M2b和M2c可以具有连接在相应源极端子和漏极端子(可以为地电位)之间的相应偏置电阻器R4a、R4b和R4c。
RF输出端子76可以与低噪放大器相连。去耦电容器C3可以串联在输出端子78与NMOS晶体管M2a的第一端子(可以是漏极)之间。去耦电容器C4可以串联在RF输入/输出端子78与NMOS晶体管M2c的第二端子(可以是源极)之间。
偏置电阻器R1”可以连接在NMOS晶体管M2a的第一端子与偏置交换控制70的第二输出之间。在备选示例中，偏置电阻器R1”可以连接在M2b或M2c的端子之一与偏置交换控制的第二输出之间。分路NMOS晶体管M3可以具有与输出端子78相连的第一端子(可以是漏极)。分路晶体管可以具有可以与电源轨(可以处于地电位)相连的第二端子(可以是源极)。分路晶体管M3可以具有连接在分路晶体管的栅极与模式控制32的第一输出之间的栅极自举电阻器，在图中未示出所述连接。分路晶体管M3可以具有与可以为地电位的电位相连的体偏置电阻器。
在操作中，RF开关900可以具有发送模式，在发送模式下，模式控制将晶体管M1导通，将晶体管M2a、M2b和M2c截止。可以将来自功率放大器的在输入74上的RF信号发送至可以与天线相连的输入/输出端子78。可以将分路晶体管M3导通，使得通过第二信号路径从输入/输出端子的任何泄漏都被分路到地。因此，串联的开关M2a、M2b和M2c必须可靠地处理功率电平而不击穿或导通。这对应于超过30dBm(对于50Ω负载而言，等同于1W或20V峰到峰)的M2a、M2b、M2c开关的所需1dB压缩点。MOSFET M2a、M2b和M2c的堆叠可以划分电压应力。电阻器R3、R4a、R4b和R4c用于将合适的DC偏置电平传送至每个晶体管的源极和漏极，避免了从每一个源极和漏极直接与偏置交换电路32相连的需求。当RF开关900处于发送模式时，模式控制32可以通过向栅极施加电源电压VCC将晶体管M1导通。电源电压可以来自于电压范围在2.3V和4.8V之间的电池。因此，晶体管M2a、M2b和M2c将被反相器72截止。模式控制32可以触发偏置交换电路将M1的漏极和源极的偏置设置为(VCC-2.5)V的电压电平。模式控制32可以触发偏置交换电路将M2a、M2b和M2c的漏极和源极的偏置设置为2.5V的电压电平。
RF开关900可以具有接收模式，在接收模式下，晶体管M1截止，晶体管M2a、M2b和M2c导通。可以将可能来自于天线的在输入/输出78上的RF信号发送至可以与低噪放大器相连的输出端子76。分路晶体管M3截止。当RF开关900处于接收模式时，模式控制32可以通过向栅极施加0V电压将晶体管M1截止。因此，晶体管M2a、M2b和M2c将被反相器72截止，反相器可以输出2.5V电压。模式控制32可以触发偏置交换电路将M1的漏极和源极的偏置设置为2.5V的电压电平。模式控制32可以触发偏置交换电路将M2a、M2b和M2c的漏极和源极的偏置设置为0V的电压电平。本领域技术人员将认识到，RF开关900可以在发送模式下(VCC-2.5V)与接收模式下2.5V之间交换晶体管M1的偏置电压，并且可以在发送模式下2.5V与接收模式下0V之间交换晶体管M2a、M2b和M2c的偏置电压。
去耦电容器可以具有在10pF至100pF范围内的值。偏置电阻器可以具有在1k至100k欧姆范围内的值。
本领域技术人员将认识到可以使用示例RF开关，所述示例RF开关使用PMOS晶体管或NMOS晶体管与PMOS晶体管的组合。
在实施例中，可以将合并了RF开关的收发机集成在单一集成电路上。可以使用CMOS技术或BiCMOS技术来实现所述集成电路。合并了RF开关的收发机可以是WLAN、蓝牙、Zigbee、LTE或蜂窝基站。RF开关的示例可以包含在移动设备中，如，移动电话、平板电脑或膝上型计算机。
尽管所述权利要求涉及了特征的组合，然而应理解，本发明的公开范围还包括任何新特征或本文显式或隐含公开的特征的任意新组合或其衍生物，无论其是否涉及与任意权利要求当前要求保护的发明相同的发明，也无论其是否消除了与本发明解决技术问题相同的技术问题中的任何或全部。
在单独的多个实施例的上下文描述的特征也可以在单一实施例中以组合的形式被提供。反之，为了简明起见在单一实施例中描述的各种特征也可以分开地或以任意合适的子组合的形式被提供。
申请人在此声明，在本申请或得自于本申请的任何其他申请的审查过程中，可以用这些特征和/或这些特征的组合来构造新的权利要求。
为了完整起见，还声明，用语“包括”不排除其他元件或步骤，用语“一”不排除多个，单个处理器或其他单元可以实现权利要求中阐述的若干装置的功能，权利要求中的附图标记不应解释为对权利要求范围的限制。

Claims (15)

1.一种RF开关电路，用于将天线与RF电路耦合，所述RF开关电路具有第一操作模式和第二操作模式，并且所述RF开关电路包括：
开关，布置为可切换地将RF信号输入耦合到RF信号输出，所述开关包括具有第一端子、第二端子和控制端子的第一晶体管；
偏置交换电路，具有与第一端子和第二端子耦合的偏置电压输出；
其中，所述偏置交换电路可操作为响应于RF开关电路的操作模式的改变，在第一偏置电压值和第二偏置电压值之间切换偏置电压输出。
2.根据权利要求1所述的RF开关电路，还包括：模式控制器，耦合至偏置交换电路和控制端子，可操作为在第一操作模式和第二操作模式之间切换RF开关电路。
3.根据权利要求1或2所述的RF开关电路，还包括：RF信号功率检测器，耦合至RF信号输入和RF信号输出中的至少一个以及偏置交换电路，其中偏置交换电路还可操作为响应于检测到的RF信号功率的改变，改变偏置电压输出上的电压。
4.根据前述任一项权利要求所述的RF开关电路，还包括：电源检测器，耦合至偏置交换电路，其中所述偏置交换电路还可操作为响应于检测到的电源电压和/或电源电流的改变，改变偏置电压输出上的电压。
5.根据前述任一项权利要求所述的RF开关电路，还包括：温度传感器，耦合至偏置交换电路，其中所述偏置交换电路还可操作为响应于检测到的温度的改变，改变偏置电压输出上的电压。
6.根据前述任一项权利要求所述的RF开关电路，其中，所述开关包括与第一晶体管串联布置的至少一个另外的晶体管，所述第一晶体管的控制端子与所述至少一个另外的晶体管的控制端子耦合，所述偏置交换电路输出与所述至少一个另外的晶体管的第一端子和第二端子耦合。
7.根据前述任一项权利要求所述的RF开关电路，其中，每个晶体管还包括与每个晶体管控制端子耦合的自举元件。
8.根据权利要求7所述的RF开关电路，其中，所述自举元件包括电阻器和电感器中的一个。
9.根据前述任一项权利要求所述的RF开关电路，还包括：第一去耦电容器，布置在RF信号输入与开关之间；以及第二去耦电容器，布置在RF信号输出与开关之间。
10.根据权利要求9所述的RF开关电路，还包括：分路晶体管，耦合到RF信号输入。
11.根据前述任一项权利要求所述的RF开关电路，还包括：RF输入端子、RF输出端子和天线端子，其中，
所述偏置交换电路还包括第二偏置电压输出；
所述开关还包括具有第一端子、第二端子和控制端子的第二晶体管，所述第二晶体管的第一端子耦合至RF输出端子，所述第二晶体管的第二端子耦合至天线端子，所述第二晶体管的第一端子和所述第二晶体管的第二端子耦合至第二偏置电压输出，所述第一晶体管的第一端子耦合至RF输入端子，所述第一晶体管的第二端子耦合至天线端子，其中所述RF开关电路可操作为将RF输入端子耦合至天线端子或者将天线端子耦合至RF输出端子；并且
所述偏置交换电路可操作为响应于RF开关电路的操作模式的改变，在第一偏置电压输出和第二偏置电压输出之间交换第一偏置电压值和第二偏置电压值。
12.一种RF收发机，包括根据权利要求1至11中任一项权利要求所述的RF开关电路。
13.一种集成电路，包括根据权利要求12所述的RF收发机。
14.一种移动设备，包括根据权利要求1至11中任一项权利要求所述的RF开关电路。
15.一种移动设备，包括根据权利要求9至11中任一项权利要求所述的RF开关电路、天线和RF收发机，其中，RF输入端子耦合至RF收发机的输出，RF输出端子耦合至RF收发机的输入，并且天线耦合至天线端子。
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