CN109245747A - 射频开关电路、开关芯片及通信终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种射频开关电路、开关芯片及通信终端，射频开关电路包括射频输入端、射频输出端、开关电路及栅极电压控制电路；开关电路包括多个第一开关管，多个第一开关管依次串联连接于射频输入端和射频输出端之间，多个第一开关管中的至少一个第一开关管的源极和漏极并联有至少一个第二开关管；其中，第一开关管和第二开关管的源极相互连接，漏极相互连接；多个第一开关管和第二开关管的栅极分别与栅极电压控制电路连接。本发明有效的解决了晶体管单元的耐压能力问题，提高了开关性能。

Description

射频开关电路、开关芯片及通信终端

技术领域

本发明涉及射频技术领域，特别涉及一种射频开关电路、开关芯片及通信终端。

背景技术

射频开关，包括开关核和开关控制器，用于控制射频通信号连接发射天线的通断。随着无线技术的迅猛发展，以LTE技术为代表3G/4G的无线技术的多模式多频段的智能手机系统中,其模式和频段的数量在不断地增加，例如工作模式有GSM、TDSCDMA、WCDMA和TDD-LTE等等，频段覆盖从700MHz到6GHz的范围，智能手机等移动终端通过射频开关选择所需的功率放大倍率，建立模式和频段信号的通道，通过控制不同信号的通断来实现在不同模式和频段间切换。这就需要射频开关在保持线性等性能的情况下，具有更多的通道路径来处理更广的频段。

开关核由多个单元电路构成，每个单元电路均由多个晶体管支路串联而成。由于单元电路中各个晶体管承受的电压不一致，两侧的晶体管承受更高的电压，导致单元电路的总体耐压能力降低，晶体管由于承受的电压不一致而更容易导致损坏。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种射频开关电路、开关芯片及通信终端，旨在解决晶体管单元的耐压能力，提高开关性能。

为实现上述目的，本发明提出一种射频开关电路，所述射频开关电路包括射频输入端、射频输出端、开关电路及栅极电压控制电路；

所述开关电路包括多个第一开关管，多个所述第一开关管依次串联连接于所述射频输入端和所述射频输出端之间，多个所述第一开关管中的至少一个所述第一开关管的源极和漏极并联有至少一个第二开关管；其中，

所述第一开关管和所述第二开关管的源极相互连接，漏极相互连接；

多个所述第一开关管和所述第二开关管的栅极分别与所述栅极电压控制电路连接。

可选地，所述栅极电压控制电路包括公共栅极偏置电阻、第一电阻和第一电容；

所述公共栅极偏置电阻的第一端与多个所述第一开关管和所述第二开关管的栅极连接，所述公共栅极偏置电阻的第二端与所述第一电阻的第一端和所述第一电容的第一端分别连接，所述第一电阻的第二端用于输入栅极控制电压，所述第一电容的第二端接地。

可选地，所述开关电路中的每一所述第一开关管的源极和漏极并联至少一个所述第二开关管。

可选地，所述开关电路中的第一开关管的数量为125个。

可选地，多个所述第一开关管自所述射频输入端至所述射频输出端的依次连接顺序划分为第一组、第二组和第三组，所述第一组中的每一第一开关管的源极和漏极并联至少一个所述第二开关管，所述第三组中的每一第一开关管的源极和漏极并联至少一个所述第二开关管。

可选地，多个所述第一开关管自所述射频输入端至所述射频输出端的依次连接顺序划分为第一组、第二组和第三组，所述第二组中的每一第一开关管的源极和漏极并联至少一个所述第二开关管。

可选地，所述开关电路中的第一开关管的数量为159个，所述第一开关管并联至少一个第二开关管的数量为72个。

可选地，所述射频开关电路还包括体极控制电路，所述体极控制电路包括公共体极偏置电阻、第二电阻和第二电容；

所述公共体极偏置电阻的第一端与各开关管的体极相互连接的公共端连接，所述公共体极偏置电阻的第二端与所述第二电阻的第一端和所述第二电容的第一端分别连接，所述第二电阻的第二端和所述第二电容的第二端分别接地。

为实现上述目的，本发明还提出一种开关芯片，所述开关芯片包括如上所述的射频开关电路，所述射频开关电路包括射频输入端、射频输出端、开关电路及栅极电压控制电路；所述开关电路包括多个第一开关管，多个所述第一开关管依次串联连接于所述射频输入端和所述射频输出端之间，多个所述第一开关管中的至少一个所述第一开关管的源极和漏极并联有至少一个第二开关管；其中，所述第一开关管和所述第二开关管的源极相互连接，漏极相互连接；多个所述第一开关管和所述第二开关管的栅极分别与所述栅极电压控制电路连接。

为实现上述目的，本发明还提出一种通信终端，所述通信终端包括如上所述的射频开关电路或者如上所述的开关芯片，所述射频开关电路和所述开关芯片参照上述实现，此处不再赘述。

本发明技术方案通过采用多个第一开关管依次串联连接于射频输入端和射频输出端之间，并且在多个所述第一开关管中的至少一个所述第一开关管的源极和漏极并联至少一个第二开关管，多个所述第一开关管和所述第二开关管的栅极分别与所述栅极电压控制电路连接，形成射频开关电路，通过第二开关管与对应并联连接的第一开关管组成射频开关电路的开关单元。从而解决了晶体管单元的耐压能力问题，提高了开关性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明射频开关电路一实施例的结构示意图；

图2为本发明射频开关电路中第一开关管和第二开关管并联连接组成开关组的架构示意图；

图3为图2所示的开关组的简化示意图；

图4为第一开关管或者第二开关管一实施例的电路结构示意图；

图5为第一开关管或者第二开关管另一实施例的电路结构示意图；

图6为图4或图5所示的第一开关管或者第二开关管的简化示意图；

图7为本发明射频开关电路一实施例的电路结构示意图；

图8为本发明射频开关电路一实施例的电路结构示意图；

图9为本发明射频开关电路一实施例的电路结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				110	射频输入端	131	第一组开关管
120	射频输出端	132	第二组开关管
				130	开关电路	133	第三组开关管
140	栅极电压控制电路	R1	第一电阻
				150	体极控制电路	R2	第二电阻
21	第一开关管	C1	第一电容
				22	第二开关管	C2	第二电容
41	栅极偏置电阻	GND	接地端
				42	管芯	Rg	公共栅极偏置电阻
43	平衡电阻	Rb	公共体极偏置电阻
				51	衬底偏置电阻	Vg	栅极控制电压

本发明目的的实现、功能特点及可点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种射频开关电路。

在本发明一实施例中，参照如图1所示，该射频开关电路包括射频输入端110、射频输出端120、开关电路130及栅极电压控制电路140，射频输入端110、开关电路130和射频输出端120依次连接，栅极电压控制电路140与开关电路130电连接。射频通信信号从射频输入端110输入，经开关电路130后，从射频输出端120输出。

其中，所述开关电路130包括多个第一开关管，多个所述第一开关管依次串联连接于所述射频输入端110和所述射频输出端120之间，多个所述第一开关管的栅极分别与所述栅极电压控制电路140连接。由栅极电压控制电路140控制多个所述第一开关管的导通或者关断，以实现射频功率的大小调节。需要说明的是，当第一开关管的数量比较多时，就容易出现中间和两端的管子承受的电压不一致的问题。

进一步地，为了提高开关的耐压能力，提高开关性能，本实施例中，在多个所述第一开关管中的至少一个所述第一开关管的源极和漏极并联至少一个第二开关管，即多个第二开关管与对应的第一开关管并联后组成一个开关组，如图2所示为一个第二开关管与对应的第一开关管并联后组成的一个开关组。其中，所述第一开关管和所述第二开关管的源极相互连接，漏极相互连接；多个所述第二开关管的栅极分别与所述栅极电压控制电路140连接，通过栅极电压控制电路140控制多个所述第二开关管的导通或者关断，就可以调节各第一开关管的承受电压，使得整个开关电路中各第一开关管21承压更均匀，从而提高了开关电路中各第一开关管21的承压能力。

本实施例中，第一开关管21和第二开关管22可以是MOS管、三极管等晶体管，第一开关管21和第二开关管22的数量不限。需要说明的是，通过第一开关管21和第二开关管22并联在一起的开关组可以简化为如图3所示，包括栅极、源极和漏极(图中未标出)。

其中，第一开关管21可以是参照如图4所示的结构实现，该第一开关管21包括栅极偏置电阻41、管芯42和平衡电阻43，管芯42为射频(RF)NMOS管，栅极偏置电阻41的第一端与管芯42的栅极连接，栅极偏置电阻41的第二端与偏置电压(图中未标出)连接，平衡电阻43的两端分别与管芯42的源极和漏极连接。

第一开关管21也可以是参照如图5所示的射频SOI晶体管实现，该射频SOI晶体管包括栅极偏置电阻41、管芯42、平衡电阻43和衬底偏置电阻51。管芯42为射频(RF)NMOS管，栅极偏置电阻41的第一端连接管芯42的栅极，栅极偏置电阻41的第二端连接偏置电压。平衡电阻43的两端分别连接管芯42的源极和漏极；衬底偏置电阻51的第一端连接管芯42的衬底，衬底偏置电阻51的第二端与偏置电压(图中未标出)连接。

第二开关管22可用采用与第一开关管21相同的结构实现，即可以采用与上述任一第一开关管21的实施例实现，此处不再赘述。

本实施例中第一开关管21和第二开关管22均采用射频SOI晶体管时，能够提高射频开关电路整体性能。

需要说明的是，上述图4和图5所述的晶体管的简化示意图参照如图6所示，包括栅极、源极和漏极(图中未标出)，便于所述第一开关管21中的源极和漏极与至少一个第二开关管22的源极和漏就并联。

本实施例中，多个所述第一开关管依次串联连接于所述射频输入端110和所述射频输出端120之间，可以理解的是，如果把开关电路130中的每一开关管当做一级开关管，即是射频输入端110连接至第一级开关管的源极，第一级开关管的漏极连接第二级开关管的源极，第二级开关管的漏极连接第三级开关管的源极，依次类推，则第n-2级开关管的漏极连接第n-1级开关管的源极，第n-1级开关管的漏极连接第n级开关管的源极，第n级开关管的漏极为所述射频开关电路的射频输出端120。

在上述实施例中，通过采用开关电路130中的各开关管依次串联连接，各开关管的栅极分别与栅极电压控制电路140连接，整体形成串联共栅极射频开关电路，其中，通过串联连接的第一开关管21中的至少一个所述第一开关管21的源极和漏极并联有至少一个第二开关管22，形成射频开关电路中的开关组，使得开关电路中的各个开关管不会承受过高的电压，而能够均匀分配电压，从而解决了射频开关电路中各个开关管的耐压能力问题，提高了开关性能。

在一实施例中，栅极电压控制电路140包括公共栅极偏置电阻Rg、第一电阻R1、第一电容C1和栅极控制电压Vg；所述公共栅极偏置电阻Rg的第一端与多个所述第一开关管和所述第二开关管的栅极连接，所述公共栅极偏置电阻Rg的第二端与所述第一电阻R1的第一端和所述第一电容C1的第一端分别连接，所述第一电阻R1的第二端与所述栅极控制电压Vg连接，所述第一电容C1的第二端接地。

本实施例中，由于在栅极电压控制电路140中设置了公共栅极偏置电阻Rg、第一电阻R1和第一电容C1，可以使得在开关电路130中的每个开关管的源极电压和漏极电压在开关由开启变为关断时恢复更加迅速，从而可实现快速恢复直流偏置点的对称性。其中，由于在开关开启的时候，开关电路130中所有的开关管的栅极都分别与栅极电压控制电路140连接，就相当于所有的开关管上的单独栅极偏置电阻形成一个并联电阻，可以理解的是，所有的开关管上的单独栅极偏置电阻形成的并联电阻与栅极电压控制电路140中的公共栅极偏置电阻Rg连接。实现了提高对外阻值，解决开关管单元的耐压能力，同时解决栅极等效交流阻抗的效率。

在一实施例中，参照如图7所示，所述开关电路130中自所述射频输入端110至所述射频输出端120的依次连接的每一所述第一开关管的源极和漏极并联至少一个所述第二开关管。可以理解的是，开关电路130中串联的每一个第一开关管的源极和漏极都并联了至少一个第二开关管，也即是每个开关管单元串联的都是如图3所示的开关组。

本实施例中，所有开关管的栅极都连接到栅极电压控制电路140，栅极电压控制电路140与栅极控制电压Vg连接，当栅极控制电压Vg处于高电势时，开关电路130中的所有开关管同时打开，每个开关管打开时会有开启电阻，此时射频通信信号从射频输入端110输入，从射频输出端120输出。由于本方案第一开关管的源极和漏极都并联了至少一个第二开关管，也即是开关组是多个晶体管并联，因此开启电阻的阻抗会比现有的小，通过选择适合的开关组以及该开关组串联的个数，例如串联的开关组的个数可以是100个、125个、207个等，在一个优选实施例中，选择串联的开关组的个数是125个。实现了有效控制开启电阻和关断寄生电容，解决了开关管的耐压能力，使得射频开关的整体性能得到提高。

在一实施例中，参照如图8所示，多个所述第一开关管自所述射频输入端110至所述射频输出端120的依次连接顺序划分为第一组开关管131、第二组开关管132和第三组开关管133，所述第一组开关管131中的每一第一开关管的源极和漏极并联至少一个所述第二开关管，所述第三组开关管133中的每一第一开关管的源极和漏极并联至少一个所述第二开关管。可以理解的是，开关电路130中从射频输入端110至所述射频输出端120依次顺序连接的开关管，第一组开关管131和第三组开关管133中串联的都是如图3所示的开关组，第二组开关管132中串联的都是如图6所示的晶体管。

本实施例中，所有开关管的栅极都连接到栅极电压控制电路140，栅极电压控制电路140与栅极控制电压Vg连接，当栅极控制电压Vg处于高电势时，开关单元120中的所有开关管同时打开，每个开关管打开时会有开启电阻，此时射频通信信号从射频输入端110输入，从射频输出端120输出。由于本方案第一组开关管131和第三组开关管133中的每一第一开关管的源极和漏极都并联了至少一个第二开关管，第二组开关管132的开关管都为第一开关管。通过选择适合本方案射频开关电路串联的开关管的个数，例如第一组开关管131和第三组开关管133串联的开关组的个数可以是67个、72个、123个等，第二组开关管132串联的第一开关管的个数可以是54个、66个、87个等。在一个优选实施例中，选择的第一组开关管131和第三组开关管133串联的开关组的个数为72个，第二组开关管132串联的第一开关管的个数为87个，这样的组合为提供一种实际应用中比较好的方式，使得各开关管的耐压能力提高，提高了射频开关的整体性能。

在一实施例中，参照如图9所示，多个所述第一开关管自所述射频输入端110至所述射频输出端120的依次连接顺序划分为第一组开关管131、第二组开关管132和第三组开关管133，所述第一组开关管131中的开关管都为第一开关管，所述第二组开关管132中的每一第一开关管的源极和漏极并联至少一个所述第二开关管，所述第三组开关管133中的开关管都为第一开关管。可以理解的是，开关电路130中从射频输入端110至所述射频输出端120依次顺序连接的开关管，第一组开关管131和第三组开关管133中串联的都是如图6所示的晶体管，第二组开关管132中串联的都是如图3所示的开关组。

本实施例中，所有开关管的栅极都连接到栅极电压控制电路140，栅极电压控制电路140与栅极控制电压Vg连接，当栅极控制电压Vg处于高电势时，开关单元120中的所有开关管同时打开，每个开关管打开时会有开启电阻，此时射频通信信号从射频输入端110输入，从射频输出端120输出。由于本方案第一组开关管131和第三组开关管133中的开关管都为第一开关管，第二组开关管132中的每一第一开关管的源极和漏极都并联了至少一个第二开关管。通过选择适合本方案射频开关电路串联的开关管的个数，例如第一组开关管131和第三组开关管133串联的第一开关管的个数可以是54个、66个、87个等，第二组开关管132串联的开关组的个数可以是67个、72个、123个等。在一个优选实施例中，选择的第一组开关管131和第三组开关管133串联的第一开关管的个数为87个，第二组开关管132串联的开关组的个数为72个。有效解决了开关管单元的耐压能力，提高了射频开关整体性能。

在一实施例中，上述射频开关电路还包括体极控制电路150，体极控制电路150与开关电路130电连接，通过公共体极偏置电阻和RC网络改善射频开关抑制噪声的能力。

本实施例中，射频开关电路还包括体极控制电路150，所述体极控制电路150包括公共体极偏置电阻Rb、第二电阻R2和第二电容C2；所述公共体极偏置电阻Rb的第一端与各开关管的体极相互连接的公共端连接，所述公共体极偏置电阻Rb的第二端与所述第二电阻R2的第一端和所述第二电容C2的第一端分别连接，所述第二电阻R2的第二端和所述第二电容C2的第二端分别接地。其中，由于在体极控制电路150中设置体极偏置电阻Rb、第二电阻R2和第二电容C2，解决了射频开关抑制噪声的能力，进一步解决了开关的线性特性。

本发明还提出一种开关芯片，所述开关芯片包括上述的射频开关电路。可以理解的是，开关芯片指的是将无线电信号通信转换成一定的无线电信号波形，并通过天线谐振发送出去的一个电子元器件。开关芯片包括接收通道和发射通道两大部分。在这里由于开关芯片中使用了上述射频开关电路，因此，该开关芯片的实施例包括上述射频开关电路全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。

此外，本发明还提出一种通信终端，该通信终端包括开关芯片或者上述的射频开关电路，而开关芯片包含上述射频开关电路，因此，也具有上述射频开关电路全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。需要说明的是，该通信终端可以是手机、平板电脑、智能穿戴设备等。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种射频开关电路，其特征在于，所述射频开关电路包括射频输入端、射频输出端、开关电路及栅极电压控制电路；

所述开关电路包括多个第一开关管，多个所述第一开关管依次串联连接于所述射频输入端和所述射频输出端之间，多个所述第一开关管中的至少一个所述第一开关管的源极和漏极并联有至少一个第二开关管；其中，

所述第一开关管和所述第二开关管的源极相互连接，漏极相互连接；

多个所述第一开关管和所述第二开关管的栅极分别与所述栅极电压控制电路连接。

2.如权利要求1所述的射频开关电路，其特征在于，所述栅极电压控制电路包括公共栅极偏置电阻、第一电阻和第一电容；

所述公共栅极偏置电阻的第一端与多个所述第一开关管和所述第二开关管的栅极连接，所述公共栅极偏置电阻的第二端与所述第一电阻的第一端和所述第一电容的第一端分别连接，所述第一电阻的第二端用于输入栅极控制电压，所述第一电容的第二端接地。

3.如权利要求1所述的射频开关电路，其特征在于，所述开关电路中的每一所述第一开关管的源极和漏极并联至少一个所述第二开关管。

4.如权利要求3所述的射频开关电路，其特征在于，所述开关电路中的第一开关管的数量为125个。

5.如权利要求1所述的射频开关电路，其特征在于，多个所述第一开关管自所述射频输入端至所述射频输出端的依次连接顺序划分为第一组、第二组和第三组，所述第一组中的每一第一开关管的源极和漏极并联至少一个所述第二开关管，所述第三组中的每一第一开关管的源极和漏极并联至少一个所述第二开关管。

6.如权利要求1所述的射频开关电路，其特征在于，多个所述第一开关管自所述射频输入端至所述射频输出端的依次连接顺序划分为第一组、第二组和第三组，所述第二组中的每一第一开关管的源极和漏极并联至少一个所述第二开关管。

7.如权利要求5或6所述的射频开关电路，其特征在于，所述开关电路中的第一开关管的数量为159个，所述第一开关管并联至少一个第二开关管的数量为72个。

8.如权利要求1所述的射频开关电路，其特征在于，所述射频开关电路还包括体极控制电路，所述体极控制电路包括公共体极偏置电阻、第二电阻和第二电容；

所述公共体极偏置电阻的第一端与各开关管的体极相互连接的公共端连接，所述公共体极偏置电阻的第二端与所述第二电阻的第一端和所述第二电容的第一端分别连接，所述第二电阻的第二端和所述第二电容的第二端分别接地。

9.一种开关芯片，其特征在于，所述开关芯片包括如权利要求1至8任意一项所述的射频开关电路。

10.一种通信终端，其特征在于，所述通信终端包括如权利要求1至8任意一项所述的射频开关电路或如权利要求9所述的开关芯片。