CN105049014B - 单刀单掷射频开关及其构成的单刀双掷射频开关和单刀多掷射频开关 - Google Patents

Abstract

一种单刀单掷射频开关，包括：开关器件T1第一端通过电阻R1接输入端S1并通过电容C1、C2接该开关第二端P2，第二端通过电阻R2接输入端S2并通过电感L1和电容C3接该开关第一端P1，第三端通过电阻R3接输入端S3；开关器件T2第一端通过电阻R4接输入端S4并通过电容C4、C3接该开关第一端P1，第二端通过电阻R5接输入端S5并接开关器件T3第二端，第二端接于电容C6和电感L2之间，第三端通过电阻R6接输入端S6；电容C5并联开关器件T1和电容C1；电容C6和电感L2串联于电容C3和C2之间；开关器件T3，其第一端接开关器件T1第二端，其第三端通过电阻R7接输入端S7。本发明还公开了一种单刀双掷射频开关和一种单刀多掷射频开关。本发明具有更高隔离度，产生更少高次谐波。

Description

单刀单掷射频开关及其构成的单刀双掷射频开关和单刀多掷 射频开关

技术领域

本发明涉及集成电路领域，特别是涉及一种单刀单掷射频开关。本发明还涉及由所述单刀单掷射频开关构成的单刀双掷射频开关和单刀多掷射频开关。

背景技术

随着现代通信技术的深入发展通信设备正在向小型化和低能耗发展，这就要求通信设备内的每个组件都采用小型化设计，尽量控制器其尺寸、重量和厚度，同时也要尽量减少组件数量及组件功率消耗。

射频信号输入输出模块主要可实现对接收射频信号的低噪声放大和发射射频信号的功率推动等功能，是射频通信设备中不可或缺的组成部分，其中，单刀单掷开关和单刀多掷开关用以实现射频信号的信号流向控制等作用。在目前的微波通讯系统中，功率开关通常采用几种形式：(1)采用分立的硅材料的PIN二极管，采用混合电路的方式实现，其缺点是体积大，工作频率窄且控制电路复杂。(2)采用砷化镓(GaAs)赝配高电子迁移率晶体管(pHEMT)单片开关，高电子迁移率晶体管开关具有体积小、应用频带宽等特点，但是，不易于和其它的射频电路做单芯片整合。(3)采用MOS器件的开关，有价格优势，适于和其它部分通信电路做片上集成，缺点是耐压和耐大功率的能力有限。除此之外，现有的功率开关还急需克服插入损耗大、隔离度不理想、输入输出驻波比大和开关响应时间长等缺点，随着现代通信技术的不断发展和人们对通信质量要求的日益苛刻，传统的功率开关已不能满足实际使用的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种与现有单刀单掷射频开关相比较，提供更高隔离度，更好线性度，产生更少高次谐波的单刀单掷射频开关。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种具有所述单刀单掷射频开关的与现有技术相比较在射模式下能处理更高的通过功率，同时保持良好的线性性能的单刀双掷射频开关；以及，具有所述单刀双掷射频开关的一种单刀多掷射频开关。

为解决上述技术问题本发明提供的单刀单掷射频开关，包括：第一半导体开关器件T1，其第一端通过第一电阻R1连接第一状态控制信号输入端S1并通过第一电容C1和第二电容C2连接该单刀单掷射频开关第二端P2，其第二端通过第二电阻R2连接第二状态控制信号输入端S2并通过第一电感L1和第三电容C3连接该单刀单掷射频开关第一端P1，其第三端通过第三电阻R3连接第三状态控制信号输入端S3；

第二半导体开关器件T2，其第一端通过第四电阻R4连接第四状态控制信号输入端S4并通过第四电容C4和第三电容C3连接该单刀单掷射频开关第一端P1，其第二端通过第五电阻R5连接第五状态控制信号输入端S5并连接第三半导体开关器件T3的第二端，其第二端还连接于第六电容C6和第二电感L2之间，其第三端通过第六电阻R6连接第六状态控制信号输入端S6；

第五电容C5并联于第一半导体开关器件T1和第一电容C1组成的串联电路；

第六电容C6和第二电感L2串联于第三电容C3和第二电容C2之间；

第三半导体开关器件T3，其第一端连接第一半导体开关器件T1第二端，其第三端通过第七电阻R7连接第七状态控制信号输入端S7。

本发明提供的一种单刀双掷射频开关，包括：

一接收臂，其第一端连接该单刀双掷射频开关的接收端P3，其第二端连接该单刀双掷射频开关的天线端P4；

一发射臂，其第一端连接该单刀双掷射频开关的天线端P4，其第二端连接该单刀双掷射频开关的发射端P5；

所述接收臂包括：上述单刀单掷射频开关，该单刀单掷射频开关第一端口P1作为该接收臂的第一端，该单刀单掷射频开关第二端口P2作为该接收臂的第二端；

所述发射臂包括：第四半导体开关器件T4其第一端通过第八电阻R8连接第八状态控制信号输入端S8并通过第七电容C7连接该发射臂的第二端，其第二端通过第十电阻R10连接第十状态控制信号输入端S10并通过第八电容C8连接该发射臂的第一端，其第三端通过第九电阻R9连接第九状态控制信号输入端S9，其第四端通过第十一电阻R11接地，并通过串联的第一二极管D1、第二二极管D2和第十二电阻R12接地，第十三电阻R13一端连接于第一二极管D1和第二二极管D2之间，另一端连接电源电压VDD，第一二极管D1和第二二极管D2阴极相连；

第三电感L3并联于第七电容C7、第四半导体开关器件T4和第八电容C8所组成串联电路的两端。

本发明提供的一种单刀多掷射频开关，包括：

至少两个所述接收臂和一个所述发射臂；

每个接收臂的第一端连接该单刀多掷射频开关的接收端P3，每个接收臂的第二端连接该单刀多掷射频开关的天线端P4；

每个发射臂的第一端连接该单刀多掷射频开关的天线端P4，每个发射臂的第二端连接该单刀多掷射频开关的发射端P5。

其中，所述该单刀多掷射频开关的天线端P4和发射端P5具有ESD器件接入点E，该ESD接入点E中任一处连接有ESD保护器件。

其中，所述ESD保护器件是ESD二极管、ESD三极管或接地电感。

其中，第一～第四半导体开关器件T1～T4为:PMOS、NMOS、HEMT或LDMOS。

发明结构的单刀单掷射频开关P1和P2是开关的输入输出端口，T1、T2和T3作为开关管，控制射频开关的工作状态。C5和C6是在收发状态时参与并联或串联谐振的耦合电容，C1和C4是在发射状态时参与并联谐振的补偿电容。C2和C3是端口的隔直电容。L1和L2是在射频开关参与谐振的电感。R1、R2、R4和R5是图中所有开关管源极和漏极的偏置电阻，R3、R6和R7是开关管的栅极偏置电阻，由逻辑信号控制工作状态；晶体管衬底的偏置电阻未在图中标出。

发明单刀单掷射频开关工作原理：当SW1EN置为高电平，SW1ENB置为低电平，开关管T1、T2和T3均关断，各自呈现出较小的关断电容Coff，补偿电容C1和C4的作用可以被忽略。此时电感L1可以认为和电容C5形成串联谐振电路，L2和C6形成串联谐振电路，它们都谐振在工作频段内。两组串联谐振电路并联在端口P1和P2之间，从而呈现较小的短路阻抗。单刀单掷射频开关处于导通状态，等效电路如图2所示。

当SW1EN置为低电平，SW1ENB置为高电平，开关管T1、T2和T3均导通，各自呈现很小的导通电阻Ron，补偿电容C1和C4被接入电路中。此时电感L1和电容C6形成并联谐振电路，L2和C5形成并联谐振电路。两组并联谐振电路串联于端口P1和P2之间，从而呈现更大的谐振阻抗。单刀单掷射频开关处于高阻状态，等效电路如图3所示。

由此可见，在发明结构中，开关管T1、T2和T3的工作状态和控制逻辑，与射频开关的工作状态是相反的，这有利于收发射频开关的设计。

将本发明的单刀单掷射频开关作为单刀双掷射频开关中的接收臂，此时接收和发射臂的开关管都由相同的逻辑控制，即，同时导通时，单刀双掷开关处于发射模式；同时关断时，单刀双掷开关处于接收模式；这与通常的射频开关设计是不同的。

将本发明的单刀单掷射频开关作为单刀多掷射频开关的接收臂，可以由m个接收臂和n个发射臂组成(m≥2，n≥1)。由于单刀多掷射频开关中各个发射和接收臂都有横跨开关管与耦合电容的电感，因此对于直流和低频相当于多点短路，而这些点正是各自单独结构中ESD需要考虑的地方，在本发明的单刀多掷射频开关的开关中只要有一个ESD接入点放置带有ESD功能的器件，则整个电路都有ESD防护功能。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明单刀单掷射频开关一实施例的结构示意图。

图2是图1在开关管全部关断时的等效电路。

图3是图1的开关管全部导通时的等效电路。

图4是本发明单刀双掷射频开关一实施例的结构示意图。

图5是本发明单刀多掷射频开关一实施例的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明单刀单掷射频开关一实施例，包括：第一半导体开关器件T1，其第一端通过第一电阻R1连接第一状态控制信号输入端S1并通过第一电容C1和第二电容C2连接该单刀单掷射频开关第二端P2，其第二端通过第二电阻R2连接第二状态控制信号输入端S2并通过第一电感L1和第三电容C3连接该单刀单掷射频开关第一端P1，其第三端通过第三电阻R3连接第三状态控制信号输入端S3；

第二半导体开关器件T2，其第一端通过第四电阻R4连接第四状态控制信号输入端S4并通过第四电容C4和第三电容C3连接该单刀单掷射频开关第一端P1，其第二端通过第五电阻R5连接第五状态控制信号输入端S5并连接第三半导体开关器件T3的第二端，其第二端还连接于第六电容C6和第二电感L2之间，其第三端通过第六电阻R6连接第六状态控制信号输入端S6；

第五电容C5并联于第一半导体开关器件T1和第一电容C1组成的串联电路；

第六电容C6和第二电感L2串联于第三电容C3和第二电容C2之间；

第三半导体开关器件T3，其第一端连接第一半导体开关器件T1第二端，其第三端通过第七电阻R7连接第七状态控制信号输入端S7。

其中，第一～第三半导体开关器件T1～T3为:PMOS、NMOS、HEMT或LDMOS。

如图4所示，本发明单刀双掷射频开关一实施例，包括：一接收臂，其第一端连接该单刀双掷射频开关的接收端P3，其第二端连接该单刀双掷射频开关的天线端P4；

一发射臂，其第一端连接该单刀双掷射频开关的天线端P4，其第二端连接该单刀双掷射频开关的发射端P5；

所述接收臂包括：上述实施例的单刀单掷射频开关，该单刀单掷射频开关第一端口P1作为该接收臂的第一端，该单刀单掷射频开关第二端口P2作为该接收臂的第二端；

所述发射臂包括：第四半导体开关器件T4其第一端通过第八电阻R8连接第八状态控制信号输入端S8并通过第七电容C7连接该发射臂的第二端，其第二端通过第十电阻R10连接第十状态控制信号输入端S10并通过第八电容C8连接该发射臂的第一端，其第三端通过第九电阻R9连接第九状态控制信号输入端S9，其第四端通过第十一电阻R11接地，并通过串联的第一二极管D1、第二二极管D2和第十二电阻R12接地，第十三电阻R13一端连接于第一二极管D1和第二二极管D2之间，另一端连接电源电压VDD，第一二极管D1和第二二极管D2阴极相连，第三电感L3并联于第七电容C7、第四半导体开关器件T4和第八电容C8所组成串联电路的两端。

其中，第一～第四半导体开关器件T1～T4为:PMOS、NMOS、HEMT或LDMOS。

如图5所示，本发明提供的一种单刀多掷射频开关一实施例，包括：

至少两个所述接收臂和一个所述发射臂；

每个接收臂的第一端连接该单刀多掷射频开关的接收端P3，每个接收臂的第二端连接该单刀多掷射频开关的天线端P4；

每个发射臂的第一端连接该单刀多掷射频开关的天线端P4，每个发射臂的第二端连接该单刀多掷射频开关的发射端P5。

其中，所述该单刀多掷射频开关的天线端P4和发射端P5具有ESD器件接入点E，该ESD接入点E中任一处连接有ESD保护器件。

其中，ESD保护器件是ESD二极管、ESD三极管或接地电感；第一～第四半导体开关器件T1～T4为:PMOS、NMOS、HEMT或LDMOS。

以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种单刀单掷射频开关，其特征在于，包括：

第一半导体开关器件（T1），其第一端通过第一电阻（R1）连接第一状态控制信号输入端（S1）并通过第一电容（C1）和第二电容（C2）连接该单刀单掷射频开关第二端（P2），其第二端通过第二电阻（R2）连接第二状态控制信号输入端（S2）并通过第一电感（L1）和第三电容（C3）连接该单刀单掷射频开关第一端（P1），其第三端通过第三电阻（R3）连接第三状态控制信号输入端（S3）；

第二半导体开关器件（T2），其第一端通过第四电阻（R4）连接第四状态控制信号输入端（S4）并通过第四电容（C4）和第三电容（C3）连接该单刀单掷射频开关第一端（P1），其第二端通过第五电阻（R5）连接第五状态控制信号输入端（S5）并连接第三半导体开关器件（T3）的第二端，其第二端通过第二电感（L2）和第二电容（C2）连接该单刀单掷射频开关第二端（P2）,其第三端通过第六电阻（R6）连接第六状态控制信号输入端（S6）；

第五电容（C5）并联于第一半导体开关器件（T1）和第一电容（C1）组成的串联电路；

第六电容（C6）并联于第二半导体开关器件（T2）和第四电容（C4）所组成的串联电路；

第三半导体开关器件（T3），其第一端连接第一半导体开关器件（T1）第二端，其第三端通过第七电阻（R7）连接第七状态控制信号输入端（S7）。

2.如权利要求1所述的单刀单掷射频开关，其特征在于：第一~第三半导体开关器件（T1~T3）为:PMOS、NMOS、HEMT或LDMOS。

3.一种单刀双掷射频开关，其特征在于，包括：

一接收臂，其第一端连接该单刀双掷射频开关的接收端（P3），其第二端连接该单刀双掷射频开关的天线端（P4）；

一发射臂，其第一端连接该单刀双掷射频开关的天线端（P4），其第二端连接该单刀双掷射频开关的发射端（P5）；

所述接收臂包括：权利要求1所述的单刀单掷射频开关，该单刀单掷射频开关第一端口（P1）作为该接收臂的第一端，该单刀单掷射频开关第二端口（P2）作为该接收臂的第二端；

所述发射臂包括：第四半导体开关器件（T4）其第一端通过第八电阻（R8）连接第八状态控制信号输入端（S8）并通过第七电容（C7）连接该发射臂的第二端，

其第二端通过第十电阻（R10）连接第十状态控制信号输入端（S10）并通过第八电容（C8）连接该发射臂的第一端，其第三端通过第九电阻（R9）连接第九状态控制信号输入端（S9），其第四端通过第十一电阻（R11）接地，并通过串联的第一二极管（D1）、第二二极管（D2）和第十二电阻（R12）接地，第十三电阻（R13）一端连接于第一二极管（D1）和第二二极管（D2）之间，另一端连接电源电压（VDD），第一二极管（D1）和第二二极管（D2）阴极相连；

第三电感（L3）并联于第七电容（C7）、第四半导体开关器件（T4）和第八电容（C8）所组成串联电路的两端。

4.如权利要求3所述的单刀双掷射频开关，其特征在于：第一~第四半导体开关器件（T1~T4）为:PMOS、NMOS、HEMT或LDMOS。

5.一种单刀多掷射频开关，其特征在于,包括：

至少两个权利要求3所述接收臂和一个权利要求3所述发射臂；

每个接收臂的第一端连接该单刀多掷射频开关的接收端（P3），每个接收臂的第二端连接该单刀多掷射频开关的天线端（P4）；

每个发射臂的第一端连接该单刀多掷射频开关的天线端（P4），每个发射臂的第二端连接该单刀多掷射频开关的发射端（P5）。

6.如权利要求5所述的单刀多掷射频开关，其特征在于：该单刀多掷射频开关的天线端（P4）和发射端（P5）具有ESD器件接入点（E），该ESD器件接入点（E）中任一处连接有ESD保护器件。

7.如权利要求6所述的单刀多掷射频开关，其特征在于：所述ESD保护器件是ESD二极管、ESD三极管或接地电感。

8.如权利要求5所述的单刀多掷射频开关，其特征在于：第一~第四半导体开关器件（T1~T4）为:PMOS、NMOS、HEMT或LDMOS。