CN108565226B - 一种射频开关电路结构及一种坏栅检测方法 - Google Patents

一种射频开关电路结构及一种坏栅检测方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种射频开关电路结构，包括场效应晶体管、N个漏源电阻和N‑1个连接电阻；所述N个漏源电阻串联后两端连接所述场效应晶体管的漏极和源极；所述N‑1个连接电阻的一端分别连接所述场效应晶体管的N个栅极之间，所述N‑1个连接电阻的另一端分别连接串联后的所述N个漏源电阻之间。本申请通过在漏源电阻之间的连接端与场效应晶体管栅极之间的引出接触点之间增加连接电阻，能够稳定节点电压，降低漏源节点产生的射频损耗，改善线性度；并且利用该电路结构可以检测射频开关在制造过程中而产生的坏栅现象，避免产生不必要的失误。基于该射频开关电路结构，本申请还提供一种坏栅检测方法。

Description

一种射频开关电路结构及一种坏栅检测方法
技术领域
本申请涉及射频开关技术领域，尤其涉及一种射频开关电路结构及一种坏栅检测方法。
背景技术
应用于智能手机的射频开关在前端模组设计中扮演着越来越重要的角色。
制造尺寸小于几平方毫米的常规射频开关时，由于GaAs材料具有较高的电子迁移率、饱和漂移速度以及较宽的禁带宽度等优点，其逐渐在高频、高速、高温等应用领域中占据重要地位。由于量子阱结构的存在，异质结的HEMT、pHEMT器件在获得高电子浓度的同时，会拥有比同质结的MESFET更高的电子迁移率、漂移速度和高频特性。这是因为在由禁带宽度不同的两种半导体构成的异质结中，电子会从掺杂的宽禁带半导体流向未掺杂的窄禁带半导体，进而在异质结界面的窄禁带半导体一侧形成高浓度的二维电子气体(2DEG)。此外，pHEMT相比HEMT，它的异质结结构不仅提高了器件阈值电压的温度稳定性，而且也改善了器件的输出伏安特性，使得器件具有更大的输出电阻、更高的跨导、更大的电流处理能力和更稳定的器件性能，更适用于射频/微波频域。
在设计射频开关时，需要考虑功率容量和线性度等问题，在COMS等基础工艺中，一般采用层叠法进行设计，即层叠多个晶体管使开关能承受足够大的电压摆幅，从而达到设计指标要求。但是在pHEMT工艺中，由于单个管子面积相比于COMS等工艺太大，采用层叠法会使得版图面积过大，成本太高，所以工艺厂商提供了多栅级结构，N栅级结构几乎能达到层叠N个管子所能处理的功率要求，并且面积远小于层叠法所占面积。因此，在需要处理大功率时一般使用多栅级结构进行设计。
目前已有的基于pHEMT的开关专利技术方案1是处理大功率时采用多栅级结构，以双栅级结构为例，如图1所示，此结构存在两个栅G1、G2，在两个栅上分别加一个大电阻RG，阻值一般为50kΩ-60kΩ；大电阻RG一端接栅极，一端接电源。在源、漏之间接一个大电阻RDS，阻值一般为10kΩ-20kΩ；电阻RDS一端接漏级，另一端接源级。已有专利技术方案2，针对前一方案进行改进，如图2所示，方案2将一个漏源电阻RDS改为与栅极数量相同个数漏源电阻RDS，在两个栅G1、G2之间引出一接触点与漏源电阻间相连。
目前已有的技术方案1只串联了一个漏源电阻，并且与栅级无连接，此时由于电压摆幅不均匀，导致线性度变差，并且，如果存在坏栅现象，方案1无法检测。已有的技术方案2是在第N栅极与N+1栅极之间接出到各漏源电阻间，但是当接触结点形成后，由于接触结点的存在，导致内部漏源节点是悬浮的，这样就无法确定节点电压，产生不必要的电压降，导致电压摆幅分布不均匀，并且会产生一定的信号泄漏，降低射频开关性能。
针对此缺点，本技术方案通过改进电路结构，稳定节点电压，降低漏源节点产生的射频损耗，改善线性度；并且利用该电路结构可以检测射频开关在制造过程中而产生的坏栅现象，避免产生不必要的失误。
发明内容
本申请实施例提供了一种射频开关电路结构及一种坏栅检测方法，通过改进电路结构，稳定节点电压，降低漏源节点产生的射频损耗，改善线性度；并且利用该电路结构可以检测射频开关在制造过程中而产生的坏栅现象，避免产生不必要的失误。
有鉴于此，本申请提供了一种射频开关电路结构，包括：场效应晶体管、N个漏源电阻和N-1个连接电阻；
所述N个漏源电阻串联后两端连接所述场效应晶体管的漏极和源极；
所述N-1个连接电阻的一端分别连接所述场效应晶体管的N个栅极之间，所述N-1个连接电阻的另一端分别连接串联后的所述N个漏源电阻之间。
优选地，所述连接电阻的阻值小于所述漏源电阻的阻值。
优选地，所述连接电阻的阻值等于所述漏源电阻阻值的十分之一±预设阈值。
优选地，所述场效应晶体管具体为pHEMT。
优选地，所述连接电阻为线性电阻。
优选地，所述N-1个连接电阻的一端分别连接所述场效应晶体管的N个栅极之间具体为：
在所述场效应晶体管的N个栅极之间引出N-1个接触点，分别连接不同的所述连接电阻的一端。
优选地，该电路结构还包括N个栅极电阻，所述栅极电阻的一端连接所述场效应晶体管的栅极。
优选地，N具体为2，所述漏源电阻有两个，具体为第一漏源电阻RDS1、第二漏源电阻RDS2，所述连接电阻有一个，为第三电阻Rg；
所述第一漏源电阻RDS1的第一端连接所述场效应晶体管的漏极，所述第一漏源电阻RDS1的第二端连接所述第二漏源电阻RDS2的第一端，所述第二漏源电阻RDS2的第二端所述场效应晶体管的源极；
所述第三电阻Rg的第一端连接所述第一漏源电阻RDS1的第二端，所述第三电阻Rg的第二端连接所述场效应晶体管的栅极之间。
优选地，该电路结构还包括两个栅极电阻，为第一栅极电阻RG1和第二栅极电阻RG2；
所述第一栅极电阻RG1和所述第二栅极电阻RG2的一端分别连接所述场效应晶体管的栅极。
本发明还提供一种坏栅检测方法，基于如上述的一种射频开关电路结构进行检测，包括：
用电源连接如上述的一种射频开关电路结构中的场效应晶体管的源极和漏极；
测量场效应晶体管的源极和漏极之间的电阻值或电流值；
根据场效应晶体管的源极和漏极之间的电阻值或电流值判断是否存在坏栅现象。
从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：
本申请提供了一种射频开关电路结构，包括场效应晶体管、N个漏源电阻和N-1个连接电阻；所述N个漏源电阻串联后两端连接所述场效应晶体管的漏极和源极；所述N-1个连接电阻的一端分别连接所述场效应晶体管的N个栅极之间，所述N-1个连接电阻的另一端分别连接串联后的所述N个漏源电阻之间。本申请通过在漏源电阻之间的连接端与场效应晶体管栅极之间的引出接触点之间增加连接电阻，能够稳定节点电压，降低漏源节点产生的射频损耗，改善线性度；并且利用该电路结构可以检测射频开关在制造过程中而产生的坏栅现象，避免产生不必要的失误。
附图说明
图1为本申请实施例中用于说明原有技术方案1的电路结构图；
图2为本申请实施例中用于说明原有技术方案2的电路结构图；
图3为本申请实施例中用于说明原有技术方案1无法检测坏栅的示意图；
图4为本申请实施例提供的一种射频开关电路结构的一个实施例的电路结构图；
图5为本申请实施例提供的一种射频开关电路结构的另一个实施例的电路结构图；
图6为本申请实施例中提供的一种射频开关电路结构的另一个实施例中用于说明检测坏栅现象的原理图；
图7为本申请实施例中提供的一种射频开关电路结构的另一个实施例中用于说明稳定节点电压，降低漏源节点产生的射频损耗的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参阅图4，本申请提供了一种射频开关电路结构的一个实施例，包括场效应晶体管、N个漏源电阻和N-1个连接电阻；
N个漏源电阻串联后两端连接场效应晶体管的漏极和源极；
N-1个连接电阻的一端分别连接场效应晶体管的N个栅极之间，N-1个连接电阻的另一端分别连接串联后的N个漏源电阻之间。
进一步地，连接电阻的阻值小于漏源电阻的阻值。
进一步地，连接电阻的阻值等于漏源电阻阻值的十分之一±预设阈值。需要说明的是，连接电阻的阻值等于漏源电阻阻值的十分之一再加上或减去预设阈值得到的阻值范围。
进一步地，场效应晶体管具体为pHEMT。
进一步地，连接电阻为线性电阻。
进一步地，N-1个连接电阻的一端分别连接场效应晶体管的N个栅极之间具体为：
在场效应晶体管的N个栅极之间引出N-1个接触点，分别连接不同的连接电阻的一端。
进一步地，该电路结构还包括N个栅极电阻，栅极电阻的一端连接场效应晶体管的栅极。
本申请通过在漏源电阻之间的连接端与场效应晶体管栅极之间的引出接触点之间增加连接电阻，能够稳定节点电压，降低漏源节点产生的射频损耗，改善线性度；并且利用该电路结构可以检测射频开关在制造过程中而产生的坏栅现象，避免产生不必要的失误。
以上是对本申请提供的一种射频开关电路结构的一个实施例进行详细的描述，以下将对本申请提供的一种射频开关电路结构的另一个实施例进行详细的描述。
请参阅图5，本申请提供的一种射频开关电路结构的另一个实施例，是第一个实施例中N等于2的具体例子，即漏源电阻有两个，具体为第一漏源电阻RDS1、第二漏源电阻RDS2，连接电阻有一个，为第三电阻Rg；
第一漏源电阻RDS1的第一端连接场效应晶体管的漏极，第一漏源电阻RDS1的第二端连接第二漏源电阻RDS2的第一端，第二漏源电阻RDS2的第二端场效应晶体管的源极；
第三电阻Rg的第一端连接第一漏源电阻RDS1的第二端，第三电阻Rg的第二端连接场效应晶体管的栅极之间(在栅极G1和栅极G2之间引出接触点然后连接第三电阻Rg)。
进一步地，该电路结构还包括两个栅极电阻，为第一栅极电阻RG1和第二栅极电阻RG2；
第一栅极电阻RG1和第二栅极电阻RG2的一端分别连接场效应晶体管的栅极。
进一步地，第三电阻Rg的阻值小于第一漏源电阻RDS1和第二漏源电阻RDS2的阻值。
进一步地，第三电阻Rg的阻值等于第一漏源电阻RDS1和第二漏源电阻RDS2的阻值的十分之一±预设阈值(即第三电阻Rg的阻值约为第一漏源电阻RDS1和第二漏源电阻RDS2的阻值的十分之一，预设阈值为可以预先设定的定值)。例如，第一漏源电阻RDS1和第二漏源电阻RDS2的阻值均为10欧姆，而设定的预设阈值为0.1欧姆，那么第三电阻Rg的阻值等于1欧姆±0.1欧姆，即0.9欧姆至1.1欧姆的阻值范围。
第一漏源电阻RDS1的阻值一般等于第二漏源电阻RDS2的阻值。
进一步地，场效应晶体管具体为pHEMT。
进一步地，第三电阻Rg为线性电阻。
以下就本实施例说明本申请的原理。
在晶圆制造过程中，由于一些不可避免的因素影响，电路设计流片后，会存在一些物理层损耗、断路等现象。以pHEMT多栅结构射频开关为例，由于多级栅在一个栅道上集中，所以易导致其中某级栅存在断路现象，从而影响射频开关预想整体性能。为了避免由于对射频开关芯片了解不到位而产生的失误，需要对芯片成品进行检测，故本方案提出一种电路结构以达到坏栅检测目的。以双栅极pHEMT开关为例，如图3所示当只串联一个大的漏源电阻RDS时，如果存在坏栅情况，直流电压会直接通过大漏源电阻RDS，无法检测出是否存在坏栅。于是，先提出一种新型结构，如图5所示。本技术方案将大的漏源电压分为两个漏源电阻(即第一漏源电阻RDS1和第二漏源电阻RDS2)时，并且在漏源电阻间接出一个远小于漏源电阻的线性电阻Rg，Rg约为RDS1或RDS2的十分之一值。此时当有坏栅现象时，直流电压的通过路线会发生改变，如图6所示。本技术方案可通过检测源漏两端的电流或者电阻值来确定是否寻在坏栅现象，存在多少坏栅现象。例如，当一个双栅管存在一个坏栅现象时，漏源两端电压为4V，RDS1等于RDS2为12KΩ，Rg为1.2KΩ，计算出两端电流IDS为0.303mA。如果不存在坏栅现象，此时IDS为0.167mA；因此，可根据电流值判断坏栅现象。
同时，本技术方案可提高射频开关的功率容量和线性度。当功放输出功率小于开关的P-0.1dB时，开关处于线性区，输出功率如下式：
P_out＝P_in-IL；
但是，当功放的输出功率大于开关的P-0.1dB时，开关处于饱和区，输出功率将变成：
P_out＝P_in-IL-Compression Loss；
所以，为了获得更高的功率容量，即获得良好的线性度，要求损耗尽可能减小。同时，功率容量受电压摆幅的影响，理想情况下，N个管子或N个栅极管平分整体电压摆幅，但是由于器件损耗及非线性影响，往往前面的管子或者前面的栅级部分承受更大的电压摆幅，这种现象称为电压摆幅不均匀或不对称分压。
原有技术方案2中，如图2所示，提出在各个漏源电阻间引出接触点与栅底相连，此时可以将多栅极结构的各栅极间的不对称分压均匀化，从而提高线性度。但是由于接触节点的存在，而多栅结构中，内部的漏源结点是悬浮的。悬浮的电压大小会受到泄漏信号、Igs/Igd和每个栅的漏源电流Ids影响。由于漏源节点的悬浮，导致多栅管内部的漏源结点无法稳定保持在与外部漏源结点相同的电位上，当大信号输入时，这将引起较大的信号失真，进而降低线性度；并且，没有线性电阻的存在，会存在一定的信号泄漏，引起不必要的射频损耗。因此，本技术方案提出的新型电路结构解决了原有技术方案的问题。如图7所示，本方案在栅底与各漏源电阻间添加一个阻值合适的线性电阻Rg，此电阻不仅可均匀电压摆幅、稳定漏源节点直流电势，由于电阻较大还可阻断射频信号的泄漏，提高线性度，减小射频损耗。
同理，本技术方案可应用于任何pHEMT多栅级结构，如图4所示，此时存在N个漏源电阻，N-1个线性电阻和N个栅电阻。
射频开关的插入损耗和隔离速是开关最重要的基本性能参数，当输入功率达到非常大的程度时，功率容量和线性度是更为关键的性能参数。本技术方案采用了pHEMT的多栅级结构，减少FET面积的同时能保证足够大的功率处理能力；采取N栅极结构对应的N个漏源电阻，在各漏源电阻之间接出线性电阻Rg到各栅极之间，通过直流通路两端的电流计算来判断坏栅情况，并且线性电阻还可稳定多栅管内部漏源直流电势，使电压摆幅均匀分布，阻断射频损耗路径，降低射频损耗，提高线性度。
原有技术方案2虽然可在一定程度上提高线性度，但是由于接触节点悬浮，内部漏源节点电压无法确定，直流电势不稳定地将导致在大信号输入情况下，信号失真增大，线性度下降，并且会形成泄漏路径，造成射频损耗。本技术方案在接触点间添加线性电阻Rg，可稳定多栅管内部漏源节点电势，防止信号失真，阻断泄漏路径，降低射频损耗，提高线性度，并且还可利用Rg检测是否存在坏栅现象。
因此，本发明还提供一种坏栅检测方法，基于如上述的一种射频开关电路结构进行检测，包括：
用电源(可以是稳压电源)连接如上述的一种射频开关电路结构中的场效应晶体管的源极和漏极；
测量场效应晶体管的源极和漏极之间的电阻值或电流值；
根据场效应晶体管的源极和漏极之间的电阻值或电流值判断是否存在坏栅现象。
当该射频开关电路结构是多栅结构时，存在几个坏栅就存在几个特定的电阻值或电流值，从而可以判断有几个坏栅。比如是一个4栅结构，则有可能没有坏栅的电流值为X，存在一个坏栅的电流值为x1，存在两个坏栅的电流值为x2，存在三个坏栅的电流值为x3，以此类推。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种射频开关电路结构，其特征在于，包括场效应晶体管、N个漏源电阻和N-1个连接电阻；
所述N个漏源电阻串联后两端连接所述场效应晶体管的漏极和源极；
所述N-1个连接电阻的一端分别连接所述场效应晶体管的N个栅极之间，所述N-1个连接电阻的另一端分别连接串联后的所述N个漏源电阻之间；
所述连接电阻的阻值等于所述漏源电阻阻值的十分之一±预设阈值；
所述N-1个连接电阻的一端分别连接所述场效应晶体管的N个栅极之间具体为：
在所述场效应晶体管的N个栅极之间引出N-1个接触点，分别连接不同的所述连接电阻的一端；
还包括N个栅极电阻，所述栅极电阻的一端连接所述场效应晶体管的栅极。
2.根据权利要求1所述的射频开关电路结构，其特征在于，所述连接电阻的阻值小于所述漏源电阻的阻值。
3.根据权利要求1所述的射频开关电路结构，其特征在于，所述场效应晶体管具体为pHEMT。
4.根据权利要求1所述的射频开关电路结构，其特征在于，所述连接电阻为线性电阻。
5.根据权利要求1所述的射频开关电路结构，其特征在于，N具体为2，所述漏源电阻有两个，具体为第一漏源电阻RDS1、第二漏源电阻RDS2，所述连接电阻有一个，为第三电阻Rg；
所述第一漏源电阻RDS1的第一端连接所述场效应晶体管的漏极，所述第一漏源电阻RDS1的第二端连接所述第二漏源电阻RDS2的第一端，所述第二漏源电阻RDS2的第二端所述场效应晶体管的源极；
所述第三电阻Rg的第一端连接所述第一漏源电阻RDS1的第二端，所述第三电阻Rg的第二端连接所述场效应晶体管的栅极之间。
6.根据权利要求5所述的射频开关电路结构，其特征在于，还包括两个栅极电阻，为第一栅极电阻RG1和第二栅极电阻RG2；
所述第一栅极电阻RG1和所述第二栅极电阻RG2的一端分别连接所述场效应晶体管的栅极。
7.一种坏栅检测方法，基于如权利要求1至6任意一项所述的一种射频开关电路结构进行检测，其特征在于，包括：
用电源连接如权利要求1至6任意一项所述的一种射频开关电路结构中的场效应晶体管的源极和漏极；
测量场效应晶体管的源极和漏极之间的电阻值或电流值；
根据场效应晶体管的源极和漏极之间的电阻值或电流值判断是否存在坏栅现象。
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