CN107592119B - 射频开关电路和具有内置耦合器的设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种射频开关电路和具有内置耦合器的设备，所述射频开关电路包括射频开关和耦合器。射频开关包括连接在第一信号端口和公共端口之间的第一频带开关电路，并且被构造为对第一频带信号进行切换。耦合器包括第一耦合布线，所述第一耦合布线被设置为与形成在射频开关的公共端口和天线端口之间的信号布线相邻，并且被构造为与信号布线形成第一耦合信号。第一耦合布线的谐振频率基于第一耦合布线的电感和射频开关的电容。

Description

射频开关电路和具有内置耦合器的设备

本申请要求于2016年7月7日在韩国知识产权局提交的第10-2016-0086254号、于2016年11月18日在韩国知识产权局提交的第10-2016-0154330号韩国专利申请的优先权和权益，该韩国专利申请的公开内容出于所有目的通过引用包含于此。

技术领域

下面的描述涉及一种射频开关电路和具有用在时分复用(TDM)通信系统中的内置耦合器的设备。

背景技术

通常，在使用时分复用(TDM)方案的各种通信系统中，天线射频(RF)开关用在发送器和接收器之间。此外，在执行多通信的通信系统中，频带选择射频(RF)开关用在天线和双工器之间，以在频带信号之间进行切换。

上面描述的天线RF开关使发送器和接收器交替地接通和断开，因此，减小了系统的整个功耗并且减小了发送器和接收器之间的干扰。此外，频带选择RF开关使多频带选择性地接通和断开，从而降低系统的整个功耗并且减小频带之间的干扰。

上面描述的RF开关可用在通信系统中，诸如蓝牙、蜂窝个人通信业务(PCS)、码分多址(CDMA)、宽带CDMA(WCDMA)、时分多址(TDMA)、全球移动通信系统(GSM)、无线局域网(WLAN)。

RF开关需要诸如低插入损耗、高功率处理能力、高绝缘性等的性能特性。

此外，现有的通信系统包括对功率放大器(PA)的输出信号进行监视的耦合器。

然而，耦合器具有一些操作缺点，诸如天线阻抗和信号损耗之间的失配(mismatching)。然而，耦合器可用于控制输出信号并且控制输入信号，以提高整个系统的效率，从而顾及电池放电时间的提高和系统调试。

然而，现有的通信系统可包括与RF开关独立地实现或与RF开关分开设置的耦合器，RF开关可实现为集成电路(IC)，并且耦合器可在PCB上形成为印刷电路板(PCB)图案，或者可作为独立的组件安装在板或PCB上。

耦合器具有耦合因子，所述耦合因子可表示相对于在功率输入端口处的RF信号的功率，多少功率被提供到耦合器的耦合端口。这样的耦合器通常在RF信号路径中引起插入损耗。因此，在耦合器的功率输入端口处接收的RF信号当在耦合器的功率输出端口处提供时会具有更低的功率。插入损耗可能由于RF信号的一部分被提供到耦合端口(或隔离端口)和/或由于与耦合器的主传输线相关联的损耗而产生。因此，如上所述，在基于PCB的耦合器被实现为在RF开关的外部的构造(与IC类型的RF开关分开)中，由基于PCB的耦合器占据的面积大，由于耦合器的损耗大而导致效率降低。

此外，在通信系统包括双向耦合器以与RF开关分开进行发送/接收(Tx/Rx)耦合的情况下，双向耦合器可检测双向信号(正向信号和反向信号)。然而，双向耦合器根据使用的频率而在通信模块中占据了大面积。此外，功率放大器(PA)的效率由于通过实现PCB引起的线路损耗而进一步减小。

发明内容

提供本发明内容用于以简化形式介绍在下面的具体实施方式中进一步描述的发明构思的选择。本发明内容并不意在确定所要求保护的主题的关键特征或必要技术特征，也不意在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

在一个总的方面，提供了一种射频开关设备，所述射频开关设备具有占据的面积和尺寸减小的内置耦合器，并且使用在射频开关电路中包括的开关装置中处于断开状态的开关装置的电容而具有改善的耦合特性。射频开关设备包括具有射频开关和耦合器的集成电路(IC)。

根据实施例，提供了一种射频开关电路，所述射频开关电路包括：射频开关，可包括连接在第一信号端口和公共端口之间的第一频带开关电路，并且被构造为对第一频带信号进行切换；耦合器，可包括第一耦合布线，所述第一耦合布线被设置为与形成在射频开关的公共端口和天线端口之间的信号布线相邻，并且被构造为与信号布线形成第一耦合信号，其中，第一耦合布线的谐振频率可基于第一耦合布线的电感和射频开关的电容。

第一频带开关电路可包括：第一串联开关电路，连接在第一信号端口和公共端口之间；第一分路开关电路(first shunt switch circuit)，连接在第一信号端口和地之间，第一耦合布线的谐振频率可基于第一耦合布线的电感和处于断开状态的第一分路开关电路的电容。

耦合器还可包括：第二耦合布线，与第一耦合布线分开并且与信号布线和天线端口相邻，以与信号布线形成第二耦合信号，第二耦合布线的谐振频率可基于第二耦合布线的电感和第一频带开关电路的电容。

第一频带开关电路可包括：第一串联开关电路，连接在第一信号端口和公共端口之间；第一分路开关电路，连接在第一信号端口和地之间，第二耦合布线的谐振频率可基于第二耦合布线的电感和处于断开状态的第一分路开关电路的电容。

基于第一耦合布线的电感和处于断开状态的第一分路开关电路的电容，第一耦合布线的谐振频率可与从第一频带开关电路发送的第一频带信号的频率一致。

第一耦合布线的谐振频率可基于处于断开状态的第一分路开关电路的电容以及信号布线与第一耦合布线之间的互电容和互电感。

耦合器的谐振频率可基于其中，Fres为耦合器的谐振频率，Coff可以是处于断开状态的第一分路开关电路的电容，Cm可以是信号布线和第一耦合布线之间的互电容，Lm可以是信号布线和第一耦合布线之间的互电感，Zo可以是第一信号端口的固有阻抗。

射频开关和耦合器可一体地形成在集成电路板上。

根据实施例，提供了一种射频开关设备，所述射频开关设备包括：射频开关，可包括连接在第一信号端口和公共端口之间的第一频带开关电路，并且被构造为对第一频带信号进行切换；耦合器，可包括第一耦合布线，所述第一耦合布线被设置为与形成在级间匹配电路和天线端口之间的信号布线相邻，以与信号布线形成第一耦合信号；级间匹配电路连接到公共端口并且被构造为执行射频开关和耦合器之间的阻抗匹配，其中，第一耦合布线的谐振频率可基于第一耦合布线的电感和射频开关的电容。

第一频带开关电路可包括：第一串联开关电路，连接在第一信号端口和公共端口之间；第一分路开关电路，连接在第一信号端口和地之间，第一耦合布线的谐振频率可基于第一耦合布线的电感和处于断开状态的第一分路开关电路的电容。

耦合器还可包括：第二耦合布线，与第一耦合布线分开，并且与信号布线和天线端口相邻，以与信号布线形成第二耦合信号，第二耦合布线的谐振频率可基于第二耦合布线的电感和第一频带开关电路的电容。

第一频带开关电路可包括：第一串联开关电路，连接在第一信号端口和公共端口之间；第一分路开关电路，连接在第一信号端口和地之间，第二耦合布线的谐振频率可基于第二耦合布线的电感和处于断开状态的第一分路开关电路的电容。

基于第一耦合布线的电感和处于断开状态的第一分路开关电路的电容，第一耦合布线的谐振频率与从第一频带开关电路发送的第一频带信号的频率一致。

第一耦合布线的谐振频率可基于处于断开状态的第一分路开关电路的电容以及信号布线与第一耦合布线之间的互电容和互电感。

耦合器的谐振频率可基于其中，Fres为耦合器的谐振频率，Coff可以是处于断开状态的第一分路开关电路的电容，Cm可以是信号布线和第一耦合布线之间的互电容，Lm可以是信号布线和第一耦合布线之间的互电感，Zo可以是第一信号端口的固有阻抗。

射频开关和耦合器可一体地形成在集成电路板上。

根据实施例，提供了一种设备，所述设备包括：第一频带开关电路，可包括第一串联开关电路和第一分路开关电路，其中，第一串联开关电路可连接在信号端口和公共端口之间；耦合器，可包括：信号布线，可包括连接到公共端口的一端和连接到天线端口的另一端；第一耦合布线，被设置为与信号布线共延伸(coextensive)，以与信号布线形成耦合并且被构造为产生第一耦合信号，其中，第一耦合布线的谐振频率可基于第一耦合布线的电感和处于断开状态的第一分路开关电路的电容。

第一耦合布线可设置在第一检测端口和电阻器之间。

响应于第一分路开关电路处于断开状态并且第一串联开关电路处于接通状态，第一频带开关电路将第一频带信号发送到耦合器。

所述设备还可包括：第二耦合布线，被设置为与信号布线共延伸，与第一耦合布线完全相对，并且被构造为与信号布线形成耦合并且产生第二耦合信号，以监视信号接收强度。

所述设备还可包括：输出匹配电路，设置在耦合器和天线端子之间并被构造为对第一频带开关电路的阻抗进行匹配，并且使天线端子的阻抗和耦合器的阻抗彼此匹配，以减小信号的传输损耗。

耦合器的阻抗可与第一频带开关电路的阻抗不同。

所述设备还可包括：射频开关，可包括所述第一频带开关电路并且连接在信号端口和公共端口之间；级间匹配电路，设置在射频开关和耦合器之间并被构造为对射频开关和耦合器之间的阻抗进行匹配。

信号布线可设置在集成电路的第一层上，第一耦合布线和第二耦合布线可设置在集成电路的第二层上，第一耦合布线和第二耦合布线的对应的电阻器、第一耦合布线和第二耦合布线的对应的地以及集成电路的地部分可设置在集成电路的第三层上。

第二层可设置在第一层之下，第三层可设置在第二层之下。

第一耦合布线和第二耦合布线可设置在集成电路的与其上可设置有集成电路的地部分的层不同的层上，以相对增大第一耦合布线和第二耦合布线与集成电路的地部分之间的距离。

根据另一实施例，提供了一种设备，所述设备包括：第一频带开关电路，可包括第一串联开关电路和第一分路开关电路，其中，第一串联开关电路可连接在信号端口和公共端口之间；耦合器，可包括：信号布线，可包括连接到公共端口的一端和连接到天线端口的另一端；第一耦合布线，被设置为与信号布线共延伸，以与信号布线形成耦合并且被构造为产生第一耦合信号，其中，第一耦合布线的谐振频率可基于处于断开状态的第一分路开关电路的电容以及信号布线和第一耦合布线之间的互电容和互电感来确定。

第一耦合布线和信号布线可彼此耦合，以在第一耦合布线与信号布线之间形成互电容和互电感。

第一分路开关电路可连接在信号端口和地之间，第一分路开关电路基于第一分路开关电路的第二门信号从接通状态改变为断开状态。

响应于第一分路开关电路处于断开状态并且第一串联开关电路处于接通状态，第一频带开关电路将第一频带信号发送到耦合器。

谐振频率可基于下面的关系：其中，Fres为谐振频率，Coff可以是处于断开状态的第一分路开关电路的电容，Cm可以是信号布线和第一耦合布线之间的互电容，Lm可以是信号布线和第一耦合布线之间的互电感，Zo可以是信号端口的固有阻抗。

从下面的具体实施方式、附图说明和权利要求，其他特征和方面将是明显的。

附图说明

图1是示出根据实施例的具有内置耦合器的射频开关电路的示意图；

图2是示出根据实施例的具有内置耦合器的射频开关设备的示意图；

图3是示出根据实施例的具有内置耦合器的射频开关设备的另一示意图；

图4是示出根据实施例的具有内置耦合器的射频开关设备的另一示意图；

图5是示出根据实施例的第一频带开关电路的示意图；

图6是图5的第一频带开关电路的接通状态的等效电路图；

图7是示出根据实施例的第N频带开关电路的示意图；

图8是图7的第N频带开关电路的接通状态的等效电路图；

图9A至图9C是示出图2的耦合器的示意图；

图10是用于描述图1的耦合器的示图；

图11A和图11B是分别示出根据实施例的形成在印刷电路板上的耦合器的性能以及集成电路(IC)内置耦合器的性能的曲线图。

在整个附图和具体实施方式中，相同的标号指示相同的元件。附图可不按照比例绘制，为了清楚、说明以及方便起见，可夸大附图中元件的相对尺寸、比例和描绘。

具体实施方式

提供以下具体实施方式以帮助读者获得对这里所描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解本申请的公开内容之后，这里所描述的方法、设备和/或系统的各种变换、修改及等同物将是显而易见的。例如，这里所描述的操作顺序仅仅是示例，并不限于这里所阐述的顺序，而是除了必须以特定顺序发生的操作之外，可作出在理解本申请的公开内容之后将是显而易见的改变。此外，为了提高清楚性和简洁性，可省略本领域中公知的特征的描述。

在此描述的特征可按照不同的形式实施，并且将不被解释为局限于在此描述的示例。更确切地说，已经提供了在此描述的示例，仅用于说明实现在此描述的方法、设备和/或系统的在理解本申请的公开内容之后将是显而易见的诸多可能方式中的一些。

在整个说明书中，当诸如层、区域或基板的元件被描述为“位于”另一元件“上”、“连接到”另一元件或“结合到”另一元件时，所述元件可以直接“位于”另一元件“上”、直接“连接到”另一元件或直接“结合到”另一元件，或者可存在介于它们之间的一个或更多个其他元件。相比之下，当元件被描述为“直接位于”另一元件“上”、“直接连接到”另一元件或“直接结合到”另一元件时，可不存在介于它们之间的其他元件。

如在此使用的，术语“和/或”包括任意两个或更多个相关联的所列项目中的任意一个以及任何组合。

虽然可在此使用诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语来描述各种构件、组件、区域、层或部分，但是这些构件、组件、区域、层或部分不受这些术语所限制。更确切地说，这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分区分开。因此，在不脱离示例的教导的情况下，在此描述的示例中所称的第一构件、组件、区域、层或部分也可称作第二构件、元件、特征、组件、区域、层或部分。

为了描述的方便，可在此使用与空间相关的术语(例如，“在……之上”、“上方”、“在……之下”以及“下方”等)，以描述如图中示出一个元件与另一个元件的关系。除了附图中描绘的方位之外，这样的与空间相关的术语意在包括装置在使用或操作时的不同方位。例如，如果图中的装置被翻转，则描述为“在”另一元件“之上”或“上方”的元件可为“在”另一元件“之下”或“下方”。因此，基于装置的特定方向，术语“在……之上”包含“在……之上”和“在……之下”的两种方位。装置也可以以其他方式定位(例如，旋转90度或处于其他方位)，并可对在此使用的与空间相关的术语进行相应地解释。

在此使用的术语仅用于描述各种示例，而不用于限制本公开。除非上下文中另外清楚地指明，否则单数也意于包括复数形式。术语“包含”、“包括”和“具有”列举存在所述的特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合，但不排除存在或增加一个或更多个其他特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合。

由于制造技术和/或公差，可出现附图中所示的形状的变化。因此，在此描述的示例不限于附图中所示的特定形状，而是包括在制造期间出现的形状上的改变。

在理解本申请的公开内容之后将显而易见的是，在此描述的示例的特征可以以各种方式进行组合。此外，尽管在此描述的示例具有各种构造，但是在理解本申请的公开内容之后将显而易见的是，其他构造是可能的。

图1是示出根据实施例的具有内置耦合器的射频开关电路的示意图。

参照图1，根据实施例的具有内置耦合器的射频开关电路100包括射频开关110和耦合器120。

射频开关110包括至少一个第一频带开关电路SWB1，所述第一频带开关电路SWB1连接在至少一个第一信号端口P1和公共端口Pcom之间。第一频带开关电路SWB1包括电容器Coff。射频开关110被构造为对在第一信号端口P1接收的第一频带信号SB1进行切换。

在一些实施例中，射频开关110包括一个第一频带开关电路SWB1。可选地，射频开关110可包括第一频带开关电路SWB1至第N频带开关电路SWBN(这里，N指大于等于2的自然数)。

在该可选的实施例中，第一频带开关电路SWB1可连接在第一信号端口P1和公共端口Pcom之间，并且可对第一频带信号SB1进行切换，而第N频带开关电路SWBN可连接在第N信号端口PN和公共端口Pcom之间，并且可对第N频带信号SBN进行切换。

由于射频开关110类似地应用到描述的各种实施例，因此为了避免冗余的描述，将省略针对射频开关110的重复的描述。

耦合器120包括在第一检测端口PCPL1和电阻器R11的端点之间的第一耦合布线LCPL1，所述电阻器R11在其另一端接地GND1。第一耦合布线LCPL1被设置为与信号布线Lant邻近、共延伸、平行、大体上接近或靠近，以与信号布线Lant形成第一耦合信号。如图1所示，信号布线Lant设置在耦合器120内，位于一端P11和另一端P12之间。耦合器120形成在、设置在或位于射频开关110的公共端口Pcom和天线端口Pant之间，以与信号布线Lant形成耦合，并且从第一检测端口PCPL1输出第一耦合信号。

在这种情况下，第一耦合布线LCPL1的谐振频率Fres通过第一耦合布线LCPL1的电感和射频开关110的电容Coff来确定。

在示例中，信号布线Lant的一端P11连接到射频开关110的公共端口Pcom，信号布线Lant的另一端P12连接到天线端口Pant。

图2是示出根据实施例的具有内置耦合器的射频开关设备的示意图。

参照图2，具有内置耦合器的射频开关设备包括射频开关电路100和输出匹配电路250。

除了图1中示出的结构之外，射频开关电路100的耦合器120还包括第二耦合布线LCPL2。

第二耦合布线LCPL2设置在第二检测端口PCPL2和电阻器R21的端点之间，所述电阻器R21在其另一端接地GND2。第二耦合布线LCPL2被设置为与参照图1描述的信号布线Lant邻近、共延伸、平行、大体上接近或靠近，以与信号布线Lant形成第二耦合信号。

在示例中，第二耦合布线LCPL2的谐振频率Fres通过第二耦合布线LCPL2的电感和第一频带开关电路SWB1的电容Coff来确定。

输出匹配电路250连接在射频开关电路100的天线端口Pant和连接到天线的天线端子Tout之间，并且可匹配天线端口Pant和天线端子Tout之间的阻抗，以减小信号的传输损耗。

参照图1和图2，具有内置耦合器的射频开关电路100包括射频开关110和耦合器120，并且使用与形成单个集成电路时实施的相同的制造工艺形成在一个或单个集成电路板上。

作为示例，集成电路是使用诸如绝缘体上硅(SOI)等的半导体板的集成电路，例如，在使用了诸如SOI等的半导体板的实施例中，损耗可由于高阻性板特点而减小。射频开关110和耦合器120可被设置为彼此尽可能地邻近、共延伸、平行、大体上接近或靠近，以显著地减小插入损耗。

因此，当使用了根据实施例的具有内置耦合器的射频开关电路100时，减小了插入损耗，并且减小了被耦合器占据的面积以及耦合器的尺寸。

如前所述，耦合器120的第一耦合布线LCPL1连接到第一检测端口PCPL1和第一电阻器R11。

第一检测端口PCPL1连接到第一耦合布线LCPL1的被设置为与公共端口Pcom邻近、共延伸(coextensive)、平行、大体上接近或靠近的一端，并且输出从信号布线Lant耦合的第一耦合信号。在示例中，通过第一耦合布线LCPL1提供的第一耦合信号可用作用于监视传输功率的信号。

第一电阻器R11连接在第一耦合布线LCPL1的被设置为与线端口Pant邻近、共延伸、平行、大体上接近或靠近天的另一端与地GND1之间，并且彼此匹配阻抗。在示例中，作为用于彼此匹配阻抗的电阻的第一电阻器R11被设置为50Ω。

此外，耦合器120的第二耦合布线LCPL2连接在第二检测端口PCPL2和第二电阻器R21之间。

第二检测端口PCPL2连接到第二耦合布线LCPL2的被设置为与天线端口Pant邻近、共延伸、平行、大体上接近或靠近的一端，并且输出从信号布线Lant耦合的第二耦合信号。在示例中，通过第二耦合布线LCPL2提供的第二耦合信号用作用于监视接收强度的信号。第二耦合布线LCPL2与第一耦合布线LCPL1正好相对，或者在其上设置有第一耦合布线LCPL1的信号布线Lant的另一侧上。

第二电阻器R21连接在第二耦合布线LCPL2的被设置为与公共端口Pcom邻近、共延伸、平行、大体上接近或靠近的另一端和地之间，并且彼此匹配阻抗。在示例中，作为用于彼此匹配阻抗的电阻器的第二电阻器R21作为示例可被设置为50Ω。

与耦合器120在板上形成为印刷电路板(PCB)图案或者作为板安装为独立的耦合器装置的示例相比，在通过集成电路IC来一起实现耦合器120和射频开关110的示例中，如上所述，减小了被耦合器占据的面积和耦合器的尺寸，并且改善了耦合器本身的损耗。

如图1和图2所示，在包括射频开关110和耦合器120的集成电路中，连接到天线端子(天线端子的阻抗为50Ω)的耦合器120的阻抗可与射频开关110的阻抗彼此不一致。作为示例，射频开关110的阻抗不为50Ω，由于耦合器120连接到天线端子，因此耦合器120的阻抗与天线端子的阻抗相同，为50Ω。

在该示例中，输出匹配电路250设置在耦合器120和天线端子Tout之间，以对射频开关110的阻抗与天线端子和耦合器120的阻抗进行彼此匹配。虽然在图2中示出了输出匹配电路250在射频开关电路100之外的情况，但是在可选的实施例中，输出匹配电路250可集成在射频开关电路100内。

因此，输出匹配电路250对射频开关电路100与天线端子Tout之间的阻抗进行匹配。作为结果，射频开关110和耦合器120之间的阻抗匹配，并且耦合器120和天线端子之间的阻抗匹配。

图3是示出根据实施例的具有内置耦合器的射频开关设备的另一示意图。

参照图3，根据实施例的具有内置耦合器的射频开关设备包括射频开关电路100和级间匹配电路220。虽然在图3中示出了级间匹配电路220位于射频开关电路100的外部，但是在可选的实施例中，级间匹配电路220可集成在射频开关电路100内。

射频开关电路100与参照图1和图2描述的射频开关电路相同，因此，将省略其详细描述。

耦合器120包括第一耦合布线LCPL1。第一耦合布线LCPL1被设置为与形成在级间匹配电路220和天线端口Pant之间的信号布线Lant邻近、共延伸、平行、大体上接近或靠近，以与信号布线Lant的部分形成第一耦合信号。在示例中，信号布线Lant的一端P21连接到级间匹配电路220，信号布线Lant的另一端P22连接到天线端口Pant。

级间匹配电路220连接在射频开关110的公共端口Pcom和耦合器120之间。级间匹配电路220被构造为对射频开关110和耦合器120之间的阻抗进行匹配。

此外，第一耦合布线LCPL1的谐振频率Fres通过第一耦合布线LCPL1的电感和射频开关110的电容Coff来确定。

图4是示出根据实施例的具有内置耦合器的射频开关设备的另一示意图。

参照图4，根据示例性实施例的具有内置耦合器的射频开关设备包括射频开关电路100和级间匹配电路220。

除了图3中示出的结构之外，射频开关电路100的耦合器120还包括第二耦合布线LCPL2。

参照图3的描述，第二耦合布线LCPL2可被设置为与信号布线Lant邻近，以与信号布线Lant形成第二耦合信号。

在示例中，第二耦合布线LCPL2的谐振频率Fres通过第二耦合布线LCPL2的电感和第一频带开关电路SWB1的电容Coff来确定。

级间匹配电路220连接在射频开关110的公共端口Pcom与耦合器120之间。级间匹配电路220被构造为对射频开关110和耦合器120之间的阻抗进行匹配。

此外，如图3和图4所示，在包括射频开关110和耦合器120的集成电路中，连接到天线端子(天线端子的阻抗为50Ω)的耦合器120的阻抗可与射频开关110的阻抗不一致或不同。作为示例，射频开关110的阻抗不为50Ω，由于耦合器120连接到天线端子，因此耦合器120的阻抗与天线端子的阻抗相同，为50Ω。

在示例中，级间匹配电路220设置在射频开关110和耦合器120之间，以对射频开关110和耦合器120之间的阻抗进行匹配。在示例中，级间匹配电路220设置在包括射频开关110和耦合器120的集成电路的外部。

级间匹配电路220连接在射频开关110和耦合器120之间。级间匹配电路220被构造为对射频开关110和耦合器120之间的阻抗进行匹配。

图5是示出根据实施例的第一频带开关电路的示意图；图6是图5的第一频带开关电路的接通状态的等效电路图；图7是示出根据实施例的第N频带开关电路的示意图；图8是图7的第N频带开关电路的接通状态的等效电路图。

参照图5和图6，第一频带开关电路SWB1包括第一串联开关电路SW1-1和第一分路开关电路SW1-2。

第一串联开关电路SW1-1连接在第一信号端口P1和公共端口Pcom之间，并且根据第一门信号SG1-1从接通状态改变为断开状态，反之亦然。作为示例，第一串联开关电路SW1-1包括在第一信号端口P1和公共端口Pcom之间串联连接的诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、N沟道MOSFET或P沟道MOSFET的一个或更多个开关装置M1-1。

第一分路开关电路SW1-2连接在第一信号端口P1和地之间，并且根据第二门信号SG1-2从接通状态改变为断开状态，反之亦然。作为示例，第一分路开关电路SW1-2包括在第一信号端口P1和地之间串联连接的诸如MOSFET、N沟道MOSFET或P沟道MOSFET的一个或更多个开关装置M1-2。

此外，开关装置M1-1和M1-2可以是金属氧化物半导体(MOS)晶体管，MOS晶体管的类型不受具体限制。

在该示例中，为了使第一频带开关电路SWB1传输第一频带信号SB1，响应于第一串联开关电路SW1-1基于第一门信号SG1-1的高电压电平而处于接通状态，第一分路开关电路SW1-2基于第二门信号SG1-2的低电压电平而改变为断开状态。在这种情况下，处于断开状态的第一分路开关电路SW1-2具有电容Coff。

此外，第一耦合布线LCPL1的谐振频率Fres通过第一耦合布线LCPL1的电感和处于断开状态的第一分路开关电路SW1-2的电容Coff来确定。

相比之下，为了使第一频带开关电路SWB1阻挡第一频带信号SB1，响应于第一串联开关电路SW1-1根据第一门信号SG1-1的低电压电平而处于断开状态，第一分路开关电路SW1-2根据第二门信号SG1-2的高电压电平而改变成接通状态。

参照图7和图8，第N频带开关电路SWBN包括第N串联开关电路SWN-1和第N分路开关电路SWN-2。

第N串联开关电路SWN-1连接在第N信号端口PN和公共端口Pcom之间，根据第一门信号SGN-1从接通状态变化到断开状态，反之亦然。作为示例，第N串联开关电路SWN-1包括在第N信号端口PN和公共端口Pcom之间串联连接的诸如MOSFET、N沟道MOSFET或P沟道MOSFET的一个或更多个开关装置MN-1。

第N分路开关电路SWN-2连接在第N信号端口PN和地之间，根据第二门信号SGN-2从接通状态变化到断开状态，反之亦然。作为示例，第N分路开关电路SWN-2包括在第N信号端口PN和地之间串联连接的诸如MOSFET、N沟道MOSFET或P沟道MOSFET的一个或更多个开关装置MN-2。

在实施例中，一个或更多个开关装置MN-1和MN-2可以是MOS晶体管，MOS晶体管的类型不受具体限制。

在实施例中，为了使第N频带开关电路SWBN传输第N频带信号SBN，响应于第N串联开关电路SWN-1基于第一门信号SGN-1的高电压电平而处于接通状态，第N分路开关电路SWN-2基于第二门信号SGN-2的低电压电平而改变为断开状态。在该实施例中，处于断开状态的第N分路开关电路SWN-2具有电容Coff。

在该实施例中，第一耦合布线LCPL1的谐振频率Fres基于或通过第一耦合布线LCPL1的电感和处于断开状态的第N分路开关电路SWN-2的电容Coff来确定。

此外，相比之下，为了使第N频带开关电路SWBN阻挡第N频带信号SBN，响应于第N串联开关电路基于第一门信号SGN-1的低电压电平而处于断开状态，第N分路开关电路SWN-2基于第二门信号SGN-2的高电压电平而改变成接通状态。

参照图5至图8，由于处于断开状态的各个半导体开关装置的电容被叠加，以影响耦合器120的谐振频率Fres，因此可通过考虑在确定耦合器120的谐振频率Fres的对应的分路开关电路中处于断开状态的开关装置的整个电容Coff来确定在第一分路开关电路SW1-2至第N分路开关电路SWN-2中的每个包括的半导体开关装置的数量。

参照图5至图8，通过第一耦合布线LCPL1的电感和处于断开状态的第一分路开关电路SW1-2的电容Coff，第一耦合布线LCPL1的谐振频率Fres可与通过第一频带开关电路SWB1传输的第一频带信号SB1一致。

在各个实施例中，耦合器120可形成在单层半导体板上，或者可形成在多层半导体板上以便以更小的尺寸制造，其示例将参照图9A至图9C来描述。

图9A至图9C是示出图2的耦合器的示意图。图9A是耦合器120的透视图。图9B是示出图9A的第一耦合布线LCPL1和第二耦合布线LCPL2的示图。图9C是第一耦合布线LCPL1、第一电阻器R11(见图2)和第一地GND1的放大示图。

参照图9A和图9B，信号布线Lant设置在第一层上，第一耦合布线LCPL1和第二耦合布线LCPL2设置在第二层上，第一电阻器和第二电阻器、第一地GND1和第二地GND2以及绝缘层的地部分GND设置在第三层上。

第二层设置在第一层之下，第三层可设置在第二层之下。第一层和第二层之间的布线和第二层和第三层的信号布线(或地布线)通过导电过孔彼此电连接。在示例中，设置在第三层上的第一电阻器和第二电阻器通过导体图案CP电连接到对应的耦合布线和地。

在该实施例中，第一耦合布线LCPL1和第二耦合布线LCPL2设置在与其上设置有地部分GND的层不同的层上，使得在集成电路中的第一耦合布线LCPL1和第二耦合布线LCPL2与地部分GND之间的距离相对增大。因此，第一耦合布线LCPL1和第二耦合布线LCPL2与地部分GND之间的绝缘性增大。

在图9A至图9C中，包括信号布线Lant以及第一耦合布线LCPL1和第二耦合布线LCPL2的耦合器结构仅是示例，各种实施例不限于此。

此外，基于处于断开状态的第一分路开关电路SW1-2的电容Coff、信号布线Lant和第一耦合布线LCPL1之间的互电容Cm和互电感Lm来确定第一耦合布线LCPL1的谐振频率Fres。在示例中，第一耦合布线LCPL1的电感为互电感。这将参照图10来描述。

图10是用于描述图1的耦合器的示图。

图10是第一频带开关电路SWB1处于接通状态的射频开关电路100中的耦合器的等效电路图。第一频带开关电路SWB1为射频开关110的第N频带开关电路的第一频带开关电路。

参照图1和图10，耦合器120包括被表示为电感器的第一耦合布线LCPL1。在这种情况下，在射频开关110的公共端口Pcom和天线端口Pant之间的信号布线Lant为电感器。

在该实施例中，第一耦合布线LCPL1和信号布线Lant被设置为彼此相邻并且彼此耦合，使得互电容Cm和互电感Lm形成在第一耦合布线LCPL1和信号布线Lant之间。

耦合器120的谐振频率Fres通过如下面表示的等式1来确定：

这里，Coff为处于断开状态的第一分路开关电路SW1-2的电容，Cm为信号布线Lant和第一耦合布线LCPL1之间的互电容，Lm为信号布线Lant和第一耦合布线LCPL1之间的互电感，Zo为第一信号端口P1的固有阻抗(线路固有阻抗)。

参照等式1，在具有内置耦合器的射频开关设备中，在射频开关中的处于断开状态的开关通过电容Coff表示。此外，在等式1中，耦合器的耦合因子和隔离度(isolation)值利用互电容Cm和互电感Lm来设置，电容Coff对耦合器的耦合因子和隔离度的谐振点有影响。鉴于此，确定了互电容Cm和互电感Lm。

作为示例，在耦合器的谐振频率被设置为与使用频率一致的示例中，可确保优良的耦合特性。

此外，参照图10，当通过第一信号端口P1输入的信号通过连接到天线端口的天线传输时，原始信号干扰并且在耦合器120中被观看到的程度(level)被称作“耦合因子”。当沿反向(从天线端口到第一信号端口P1)接收信号时，信号在耦合器120中被观看到的程度被称作“隔离度”。在这种情况下，由于隔离度(isolation)是不期望的信号，因此隔离度越低越好。

此外，与通过互电容Cm耦合的情况不同，可在通过互电感Lm的耦合中出现根据耦合器的方向的相位差。可通过下面的等式2和等式3来表示上面描述的耦合因子和隔离度。

这里，Vcpl为耦合电压，Vinput为通过第一信号端口P1输入的输入电压，Voutput为通过天线端口输出的输出电压，w为角频率(w＝2πf，这里f为频率)。

可从等式2和等式3理解的是，可基于互电容Cm和互电感Lm来确定耦合因子和隔离度。

图11A是示出形成在印刷电路板上的耦合器的非理想性能的曲线图。图11B是示出根据实施例的集成电路(IC)内置耦合器的理想性能的曲线图。

在图11A中，G11是示出插入损耗特性的曲线图，G12是示出方向特性的曲线图，G13是示出耦合因子的特性的曲线图，G14是示出隔离度的特性的曲线图。

此外，在图11B中，G21是示出插入损耗特性的曲线图，G22是示出方向特性的曲线图，G23是示出耦合因子的特性的曲线图，G24是示出隔离度的特性的曲线图。

作为示例，在960MHz的情况下，当将在图11A和图11B中标记的耦合器的性能进行彼此比较时，在图11A中，G11为-0.24[dB]，G12为-11.69[dB]，G13为-20.22[dB]并且G14为-31.92[dB]，在图11B中，G21为-0.17[dB]，G22为-19.06[dB]，G23为-19.31[dB]并且G24为-38.37[dB]。

从图11A和图11B可理解的是，当与非理想的基于PCB的耦合器的性能进行比较时，根据实施例的理想的基于IC的耦合器的性能提高了。例如，插入损耗从-0.24[dB]到-0.17[dB]增大了0.07[dB]。

此外，与非理想的基于PCB的耦合器相比，在根据实施例的基于IC的耦合器中可节省大约90％的空间。

如上所述的根据实施例的具有内置耦合器的射频开关电路和设备可用作频分复用(FDM)通信方案，但还可适于时分复用(TDM)通信方案。

TDM通信方案是通过信号布线(常见的通信布线)检测信号的方案，而不针对每个频带路径使用信号布线。这种通信方案至少具有在对应的尺寸和成本方面的优势，特定的频带信号在TDM通信方案中的任意时间点被发送和接收，使得与FDM通信方案相比，信号通过信号布线(在TDM通信方案中的常见的通信布线)被更精确地检测。

如上所述，根据实施例，耦合器置于射频开关中，以实现集成电路(IC)，其中，由耦合器占据的面积和耦合器的尺寸减小，当与由基于PCB的图案形成的耦合器相比时，信号损耗减小。

与耦合器设置在多个频带路径中的每个路径中的其他电路相比，由于在射频开关的公共端口和天线端口之间设置一个耦合器，因此根据实施例的具有内置耦合器的射频开关电路可包括一个耦合器。根据实施例的具有内置耦合器的射频开关电路的许多优势中的一些优势是：由耦合器占据的面积更小并且耦合器的制造成本减小，可在通过天线发送信号之前立即通过耦合器检测信号，因此，可更精确地检测信号。

此外，射频开关所包括的开关装置中的处于断开状态的开关装置的电容被用于使得谐振频率与对应的频带频率一致，使得耦合器的损耗减小，从而提高耦合器的特性性能。

此外，耦合器的信号和功耗减小，从而相对地减小了功耗。

虽然上面已经示出并且描述了各种实施例，但是在理解本公开之后将显而易见的是：在不脱离由权利要求限定的本申请的范围的情况下，可做出修改和变形。

虽然本公开包括具体示例，但是在理解本申请的公开内容之后将明显的是，在不脱离权利要求以及其等同物的精神和范围的情况下，可在形式和细节方面对这些示例做出各种改变。在此描述的示例仅被视为描述意义，而非出于限制的目的。在每个示例中的特征或方面的描述被视为适用于其他示例中的类似的特征或方面。如果按照不同的顺序执行描述的技术、和/或如果按照不同的方式来组合所描述的系统、结构、装置或电路、和/或由其他组件或其等同物来替换或增添所描述的系统、结构、装置或电路，则可获得合理的结果。因此，本公开的范围不由具体实施方式限定，而是由权利要求及其等同物限定，并且权利要求及其等同物的范围内的全部改变将被理解为被包括在本公开中。

Claims (31)

1.一种射频开关电路，包括：

射频开关，包括连接在第一信号端口和公共端口之间的第一频带开关电路，并且被构造为对第一频带信号进行切换；

耦合器，包括第一耦合布线，所述第一耦合布线被设置为与形成在射频开关的公共端口和天线端口之间的信号布线相邻，并且被构造为与信号布线形成第一耦合信号，

其中，第一耦合布线的谐振频率基于第一耦合布线的电感和射频开关的电容。

2.如权利要求1所述的射频开关电路，其中，第一频带开关电路包括：

第一串联开关电路，连接在第一信号端口和公共端口之间；

第一分路开关电路，连接在第一信号端口和地之间，

第一耦合布线的谐振频率基于第一耦合布线的电感和处于断开状态的第一分路开关电路的电容。

3.如权利要求1所述的射频开关电路，其中，耦合器还包括：

第二耦合布线，与第一耦合布线分开并且与信号布线和天线端口相邻，以与信号布线形成第二耦合信号，

第二耦合布线的谐振频率基于第二耦合布线的电感和第一频带开关电路的电容。

4.如权利要求3所述的射频开关电路，其中，第一频带开关电路包括：

第一串联开关电路，连接在第一信号端口和公共端口之间；

第一分路开关电路，连接在第一信号端口和地之间，

第二耦合布线的谐振频率基于第二耦合布线的电感和处于断开状态的第一分路开关电路的电容。

5.如权利要求2所述的射频开关电路，其中，基于第一耦合布线的电感和处于断开状态的第一分路开关电路的电容，第一耦合布线的谐振频率与从第一频带开关电路发送的第一频带信号的频率一致。

6.如权利要求2所述的射频开关电路，其中，第一耦合布线的谐振频率基于处于断开状态的第一分路开关电路的电容以及信号布线与第一耦合布线之间的互电容和互电感。

7.如权利要求6所述的射频开关电路，其中，耦合器的谐振频率基于

其中，Fres为耦合器的谐振频率，Coff为处于断开状态的第一分路开关电路的电容，Cm为信号布线和第一耦合布线之间的互电容，Lm为信号布线和第一耦合布线之间的互电感，Zo为第一信号端口的固有阻抗。

8.如权利要求1所述的射频开关电路，其中，射频开关和耦合器一体地形成在集成电路板上。

9.一种射频开关设备，包括：

射频开关，包括连接在第一信号端口和公共端口之间的第一频带开关电路，并且被构造为对第一频带信号进行切换；

耦合器，包括第一耦合布线，所述第一耦合布线被设置为与形成在级间匹配电路和天线端口之间的信号布线相邻，以与信号布线形成第一耦合信号；

级间匹配电路，连接到公共端口并且被构造为执行射频开关和耦合器之间的阻抗匹配，其中，

第一耦合布线的谐振频率基于第一耦合布线的电感和射频开关的电容。

10.如权利要求9所述的射频开关设备，其中，第一频带开关电路包括：

第一串联开关电路，连接在第一信号端口和公共端口之间；

第一分路开关电路，连接在第一信号端口和地之间，

第一耦合布线的谐振频率基于第一耦合布线的电感和处于断开状态的第一分路开关电路的电容。

11.如权利要求9所述的射频开关设备，其中，耦合器还包括：

第二耦合布线，与第一耦合布线分开，并且与信号布线和天线端口相邻，以与信号布线形成第二耦合信号，

第二耦合布线的谐振频率基于第二耦合布线的电感和第一频带开关电路的电容。

12.如权利要求11所述的射频开关设备，其中，第一频带开关电路包括：

第一串联开关电路，连接在第一信号端口和公共端口之间；

第一分路开关电路，连接在第一信号端口和地之间，

第二耦合布线的谐振频率基于第二耦合布线的电感和处于断开状态的第一分路开关电路的电容。

13.如权利要求10所述的射频开关设备，其中，基于第一耦合布线的电感和处于断开状态的第一分路开关电路的电容，第一耦合布线的谐振频率与从第一频带开关电路发送的第一频带信号的频率一致。

14.如权利要求10所述的射频开关设备，其中，第一耦合布线的谐振频率基于处于断开状态的第一分路开关电路的电容以及信号布线与第一耦合布线之间的互电容和互电感。

15.如权利要求14所述的射频开关设备，其中，耦合器的谐振频率基于

其中，Fres为耦合器的谐振频率，Coff为处于断开状态的第一分路开关电路的电容，Cm为信号布线和第一耦合布线之间的互电容，Lm为信号布线和第一耦合布线之间的互电感，Zo为第一信号端口的固有阻抗。

16.如权利要求9所述的射频开关设备，其中，射频开关和耦合器一体地形成在集成电路板上。

17.一种射频开关设备，包括：

第一频带开关电路，包括第一串联开关电路和第一分路开关电路，其中，第一串联开关电路连接在信号端口和公共端口之间，第一分路开关电路连接在信号端口和地之间；

耦合器，包括：

信号布线，包括连接到公共端口的一端和连接到天线端口的另一端；

第一耦合布线，被设置为与信号布线共延伸，以与信号布线形成耦合并且被构造为产生第一耦合信号，

其中，第一耦合布线的谐振频率基于第一耦合布线的电感和处于断开状态的第一分路开关电路的电容。

18.如权利要求17所述的射频开关设备，其中，第一耦合布线设置在第一检测端口和电阻器之间。

19.如权利要求17所述的射频开关设备，其中，响应于第一分路开关电路处于断开状态并且第一串联开关电路处于接通状态，第一频带开关电路将第一频带信号发送到耦合器。

20.如权利要求17所述的射频开关设备，所述设备还包括：

第二耦合布线，被设置为与信号布线共延伸，与第一耦合布线完全相对，并且被构造为与信号布线形成耦合并且产生第二耦合信号，以监视信号接收强度。

21.如权利要求17所述的射频开关设备，所述设备还包括：

输出匹配电路，设置在耦合器和天线端子之间并被构造为对第一频带开关电路的阻抗进行匹配，并且使天线端子的阻抗和耦合器的阻抗彼此匹配，以减小信号的传输损耗。

22.如权利要求21所述的射频开关设备，其中，耦合器的阻抗与第一频带开关电路的阻抗不同。

23.如权利要求17所述的射频开关设备，所述设备还包括：

射频开关，包括所述第一频带开关电路并且连接在信号端口和公共端口之间；

级间匹配电路，设置在射频开关和耦合器之间并被构造为对射频开关和耦合器之间的阻抗进行匹配。

24.如权利要求20所述的射频开关设备，其中，信号布线设置在集成电路的第一层上，第一耦合布线和第二耦合布线设置在集成电路的第二层上，第一耦合布线和第二耦合布线的对应的电阻器、第一耦合布线和第二耦合布线的对应的地以及集成电路的地部分设置在集成电路的第三层上。

25.如权利要求24所述的射频开关设备，其中，第二层设置在第一层之下，第三层设置在第二层之下。

26.如权利要求20所述的射频开关设备，其中，第一耦合布线和第二耦合布线设置在集成电路的与其上设置有集成电路的地部分的层不同的层上，以相对增大第一耦合布线和第二耦合布线与集成电路的地部分之间的距离。

27.一种射频开关设备，包括：

第一频带开关电路，包括第一串联开关电路和第一分路开关电路，其中，第一串联开关电路连接在信号端口和公共端口之间，第一分路开关电路连接在信号端口和地之间；

耦合器，包括：

信号布线，包括连接到公共端口的一端和连接到天线端口的另一端；

第一耦合布线，被设置为与信号布线共延伸，以与信号布线形成耦合并且被构造为产生第一耦合信号，

其中，第一耦合布线的谐振频率基于处于断开状态的第一分路开关电路的电容以及信号布线和第一耦合布线之间的互电容和互电感来确定。

28.如权利要求27所述的射频开关设备，其中，第一耦合布线和信号布线彼此耦合，以在第一耦合布线与信号布线之间形成互电容和互电感。

29.如权利要求27所述的射频开关设备，其中，第一分路开关电路基于第一分路开关电路的第二门信号从接通状态改变为断开状态。

30.如权利要求27所述的射频开关设备，其中，响应于第一分路开关电路处于断开状态并且第一串联开关电路处于接通状态，第一频带开关电路将第一频带信号发送到耦合器。

31.如权利要求27所述的射频开关设备，其中，谐振频率基于下面的关系：

其中，Fres为耦合器的谐振频率，Coff为处于断开状态的第一分路开关电路的电容，Cm为信号布线和第一耦合布线之间的互电容，Lm为信号布线和第一耦合布线之间的互电感，Zo为信号端口的固有阻抗。