CN109347468A - 基于单控制器的精简射频开关和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了基于单控制器的精简射频开关和装置，包括：公共端、双掷端口、端口串行电路、端口并行电路和控制器，双掷端口包括第一双掷端口和第二双掷端口，端口串行电路包括第一串行电路和第二串行电路，端口并行电路包括第一并行电路和第二并行电路；公共端分别与第一串行电路和第二串行电路相连接，第一串行电路和第二串行电路分别和第一双掷端口和第二双掷端口相连接，第一双掷端口和第二双掷端口分别和第一并行电路和第二并行电路相连接；控制器通过向端口串行电路和端口并行电路发送控制信号改变射频开关的双掷端口的状态。本发明实现了将两个控制器简化为一个，在不影响射频开关功能和性能的基础上，有效的减小了芯片的尺寸。

Description

基于单控制器的精简射频开关和装置

技术领域

本发明涉及射频开关领域电路设计技术领域，尤其是涉及基于单控制器的精简射频开关和装置。

背景技术

消费类电子产品正以令人咋舌的速度飞速发展，一方面功能更强大，速度更快，性能更好，而另一方面却是体积更小，成本更低，功耗更低。射频开关顾名思义就是射频通路的切换选择，包括接收(RX)和发射(TX)的通路切换，不同收发频段的通路切换，以及不同射频匹配电路的切换等，它是手机等无线收发系统中重要的电子射频部件之一，手机等智能终端的快速发展对射频开关也提出了更快、更好、更低成本、更小尺寸的要求。

然而，目前的单刀双掷射频开关(SP2T)仍为两个控制器，实际上不利于芯片尺寸的降低，但手机轻薄已是产业发展的大势所趋，因此，如何能找到精简射频开关成为了亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供涉及基于单控制器的精简射频开关和装置，将两个控制器简化为一个，在不影响SP2T的功能和性能的基础上，有效的减小了SP2T芯片的尺寸。

第一方面，本发明实施例提供了基于单控制器的精简射频开关，包括：公共端、双掷端口、端口串行电路、端口并行电路和控制器，其中，所述双掷端口包括第一双掷端口和第二双掷端口，所述端口串行电路包括第一串行电路和第二串行电路，所述端口并行电路包括第一并行电路和第二并行电路；

所述公共端分别与所述第一串行电路和所述第二串行电路相连接，所述第一串行电路和所述第二串行电路分别和所述第一双掷端口和所述第二双掷端口相连接，所述第一双掷端口和所述第二双掷端口分别和所述第一并行电路和所述第二并行电路相连接；

所述控制器分别与所述端口串行电路和所述端口并行电路相连接，通过向所述端口串行电路和所述端口并行电路发送控制信号改变射频开关的所述双掷端口的状态。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述控制器的个数为1个，所述控制信号的个数为4个。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述控制信号包括栅极控制信号和衬底控制信号，其中，所述栅极控制信号包括第一栅极控制信号和第二栅极控制信号，所述衬底控制信号包括第一衬底控制信号和第二衬底控制信号。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述第一栅极控制信号用于控制所述第一串行电路和所述第二并行电路的栅极，所述第二栅极控制信号用于控制所述第二串行电路和所述第一并行电路的栅极。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述第一衬底控制信号用于控制所述第一串行电路和所述第二并行电路的衬底，所述第二衬底控制信号用于控制所述第二串行电路和所述第一并行电路的衬底。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，当所述第一双掷端口导通，且所述第二双掷端口关断时，所述第一栅极控制信号为正高电平，所述第一衬底控制信号为零电平，所述第二栅极控制信号和所述第二衬底控制信号为负高电平。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，当所述第二双掷端口导通，且所述第一双掷端口关断时，所述第二栅极控制信号为正高电平，所述第二衬底控制信号为零电平，所述第一栅极控制信号和所述第一衬底控制信号为负高电平。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述控制器包括7个脚，所述7个脚中有4个脚为信号控制端，所述第一串行电路和所述第二并行电路均包括第一栅极控制端和第一衬底控制端，所述第二串行电路和所述第一并行电路均包括第二栅极控制端和第二衬底控制端。

结合第一方面的第六种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述控制器用于产生所述第一栅极控制信号的脚分别和所述第一串行电路及所述第二并行电路的所述第一栅极控制端相连接，所述控制器用于产生第一衬底控制信号的脚分别和所述第一串行电路及所述第二并行电路的所述第一衬底控制端相连接，所述控制器用于产生所述第二栅极控制信号的脚分别和所述第一并行电路及所述第二串行电路的所述第二栅极控制端相连接，所述控制器用于产生所述第二衬底控制信号的脚分别和所述第一并行电路及所述第二串行电路的所述第二衬底控制端相连接。

第二方面，本发明实施例提供了基于单控制器的精简射频装置，其特征在于，包括如上所述的基于单控制器的精简射频开关，还包括机器本体。

本发明提供了基于单控制器的精简射频开关和装置，包括：公共端、双掷端口、端口串行电路、端口并行电路和控制器，双掷端口包括第一双掷端口和第二双掷端口，端口串行电路包括第一串行电路和第二串行电路，端口并行电路包括第一并行电路和第二并行电路；公共端分别与第一串行电路和第二串行电路相连接，第一串行电路和第二串行电路分别和第一双掷端口和第二双掷端口相连接，第一双掷端口和第二双掷端口分别和第一并行电路和第二并行电路相连接；控制器通过向端口串行电路和端口并行电路发送控制信号改变射频开关的双掷端口的状态。本发明实现了将两个控制器简化为一个，在不影响射频开关功能和性能的基础上，有效的减小了其芯片的尺寸。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的常规的射频单刀双掷开关(SP2T)方案示意图；

图2为本发明实施例提供的射频单刀双掷开关(SP2T)方案示意图；

图3为本发明实施例提供的瞬态仿真波形图；

图4为本发明实施例提供的依据现有技术得到的隔离度和插损仿真波形图；

图5为本发明实施例提供的依据本发明实施例得到的隔离度和插损仿真波形图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。

目前，消费类电子产品正以令人咋舌的速度飞速发展，一方面功能更强大，速度更快，性能更好，而另一方面却是体积更小，成本更低，功耗更低。射频开关顾名思义就是射频通路的切换选择，包括接收(RX)和发射(TX)的通路切换，不同收发频段的通路切换，以及不同射频匹配电路的切换等，它是手机等无线收发系统中重要的电子射频部件之一，手机等智能终端的快速发展对射频开关也提出了更快、更好、更低成本、更小尺寸的要求。

然而，目前的单刀双掷射频开关(SP2T)仍为两个控制器，实际上不利于芯片尺寸的降低，但手机轻薄已是产业发展的大势所趋，因此，如何能找到精简射频开关成为了亟待解决的问题。

如图1所示是一个单刀双掷射频开关(SP2T)示意图，RFC为该单刀双掷开关的公共端，两个双掷端口分别为RF1和RF2。RF1和RFC之间的串联开关组成了RF1端口的串行支路，RF1到地之间的串联开关组成了RF1端口的并行支路，同理，RF2和RFC之间的串行开关组成了RF2端口的串行支路，RF2到地之间的串行开关组成了RF2端口的并行支路。

当RFC端口和RF1端口导通时，对应的RF1端口的串行支路导通，并行支路关断，从而构建起RFC端口和RF1端口信号传递的通路，此时RFC端口与RF2端口是断开的，对应的RF2端口的串行支路关断，并行支路导通，从而阻隔RFC端口和RF2端口的信号通路。同理，当RFC端口和RF2端口导通时，对应的RF2端口的串行支路导通，并行支路关断，从而构建起RFC端口和RF2端口信号传递的通路，此时RFC端口与RF1端口是断开的，对应的RF1端口的串行支路关断，并行支路导通，从而阻隔RFC端口和RF1端口的信号通路。

RF1端口的串行支路和并行支路的导通与关断分别由VGE<1>，VBE<1>，VGS<1>和VBS<1>四个信号控制，其中VGE<1>控制串行支路的栅极，VBE<1>控制串行支路的衬底(Bulk)，VGS<1>控制并行支路的栅极，VBS<1>控制并行支路的衬底。同理RF2端口的串行支路和并行支路的导通与关断分别由VGE<2>，VBE<2>，VGS<2>和VBS<2>四个信号控制，其中VGE<2>控制串行支路的栅极，VBE<2>控制串行支路的衬底(Bulk)，VGS<2>控制并行支路的栅极，VBS<2>控制并行支路的衬底。

该SP2T的示意图中包含两个控制器，其中控制器1(CONTROLLER1)负责产生VGE<1>，VBE<1>，VGS<1>和VBS<1>四个控制信号，控制器2(CONTROLLER2)负责产生VGE<2>，VBE<2>，VGS<2>和VBS<2>四个控制信号。

无论是串行支路还是并行支路，支路导通时其栅极控制电压为正高电平(PS)，例如2.5V，衬底(Bulk)控制电压为零电平，关断时其栅极控制电压和衬底控制电压均为负高电平(NS)，例如-2.5V。例如RF1端口的串行支路由VGE<1>和VBE<1>控制，当RF1串行支路导通时，则VGE<1>＝2.5V(PS)，VBE<1>＝0V，当RF1串行支路关断时，则VGE1<1>＝-2.5V(NS)，VBE<1>＝-2.5V(NS)。因此，表1给出了两个控制器输出的八个控制信号在两种状态下的参数。

表1控制信号及对应参数

由两个控制器控制的方式不可避免地造成了设备空间的浪费，基于此，本发明实施例提供的基于单控制器的精简射频开关和装置，实现了将两个控制器简化为一个，在不影响射频开关功能和性能的基础上，有效的减小了其芯片的尺寸。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的基于单控制器的精简射频开关进行详细介绍。

实施例一：

在本实施例中，默认公共端、第一双掷端口、第二双掷端口、第一串行电路、第二串行电路、第一并行电路和第二并行电路分别为图2中的RFC、RF1、RF2、RF1端口串行支路、RF2端口串行支路、RF1端口并行支路和RF2端口并行支路，第一栅极控制信号、第二栅极控制信号、第一衬底控制信号和第二衬底控制信号分别为图2中的VGE<1>、VBE<1>、VGS<1>和VBS<1>。

参照图2，基于单控制器的精简射频开关包括：公共端、双掷端口、端口串行电路、端口并行电路和控制器，其中，双掷端口包括第一双掷端口和第二双掷端口，端口串行电路包括第一串行电路和第二串行电路，端口并行电路包括第一并行电路和第二并行电路；

公共端分别与第一串行电路和第二串行电路相连接，第一串行电路和第二串行电路分别和第一双掷端口和第二双掷端口相连接，第一双掷端口和所述第二双掷端口分别和第一并行电路和第二并行电路相连接；

控制器分别与端口串行电路和端口并行电路相连接，通过向端口串行电路和端口并行电路发送控制信号改变射频开关的双掷端口的状态。

进一步地，控制器的个数为1个，控制信号的个数为4个。

进一步地，栅极控制信号包括第一栅极控制信号和第二栅极控制信号，衬底控制信号包括第一衬底控制信号和第二衬底控制信号。

进一步地，第一栅极控制信号用于控制第一串行电路和第二并行电路的栅极，第二栅极控制信号用于控制第二串行电路和第一并行电路的栅极。

进一步地，第一衬底控制信号用于控制第一串行电路和第二并行电路的衬底，第二衬底控制信号用于控制第二串行电路和第一并行电路的衬底。

进一步地，当第一双掷端口导通，且第二双掷端口关断时，第一栅极控制信号为正高电平，第一衬底控制信号为零电平，第二栅极控制信号和第二衬底控制信号为负高电平。

进一步地，当第二双掷端口导通，且第一双掷端口关断时，第二栅极控制信号为正高电平，第二衬底控制信号为零电平，第一栅极控制信号和第一衬底控制信号为负高电平。

进一步地，控制器包括7个脚，其中4个脚为信号控制端，第一串行电路和第二并行电路均包括第一栅极控制端和第一衬底控制端，第二串行电路和第一并行电路均包括第二栅极控制端和第二衬底控制端。

进一步地，控制器用于产生第一栅极控制信号的脚分别和第一串行电路及第二并行电路的第一栅极控制端相连接，控制器用于产生第一衬底控制信号的脚分别和第一串行电路及第二并行电路的第一衬底控制端相连接，控制器用于产生第二栅极控制信号的脚分别和第一并行电路及第二串行电路的第二栅极控制端相连接，控制器用于产生第二衬底控制信号的脚分别和第一并行电路及第二串行电路的第二衬底控制端相连接。

实施例二：

为更加清楚详细地对本方案进行阐述，在本实施例中，结合现有技术对本方案的实施方案和实施效果进行对比介绍。

射频单刀双掷开关SP2T只有两个状态，RF1端口的串行支路状态和RF2端口的并行支路状态保持一致，而RF1端口的并行支路状态则和RF2端口的串行支路状态保持一致，因此本发明将常规的两组控制器产生八个控制信号精简为一组控制器产生四个控制信号，同样可以实现两个状态。该方案经过仿真论证，不影响SP2T的功能和性能，有效的减小了射频单刀双掷开关SP2T芯片的尺寸。

如图2所示是本发明实施例提供的SP2T开关电路的方案示意图，和图1相比少了控制器二，图1中控制RF2端口串行支路的两个控制信号VGE<2>和VBE<2>在图2中改为RF1端口并行支路的两个控制信号VGS<1>和VBS<1>，图1中控制RF2端口并行支路的两个控制信号VGS<2>和VBS<2>在图2中改为RF1端口串行支路的两个控制信号VGE<1>和VBE<1>。

表2给出了本发明开关控制信号在两种状态下的参数，第一栅极控制信号VGE<1>控制RF1端口串行支路的栅极，同时控制RF2端口的并行支路的栅极；第一衬底控制信号VBE<1>控制RF1端口串行支路的衬底，同时控制RF2端口并行支路的衬底；第二栅极控制信号VGS<1>控制RF1端口并行支路的栅极，同时控制RF2端口串行支路的栅极；第二衬底控制信号VBS<1>控制RF1端口并行支路的衬底，同时控制RF2端口串行支路的衬底。

表2控制信号及对应参数

图3为本发明实施后瞬态仿真波形图，可以看出，当VGE<1>＝2.5V，VBE<1>＝0V，VGS<1>＝-2.5V，VBS<1>＝-2.5V时，RF1导通，RF2关断；当VGE<1>＝-2.5V，VBE<1>＝-2.5V，VGS<1>＝2.5V，VBS<1>＝0V时，RF1关断，RF2导通。仿真结果表明，本发明不影响SP2T的功能。

图4和图5为本发明实施前后的隔离度和插损仿真波形图，图4是本发明前当RF1导通，RF2关断的S参数小信号仿真结果，S12表示RFC到RF1的传输插损，S32表示RF2对RF1的隔离度。图5是本发明实施后当RF1导通，RF2关断的S参数小信号仿真结果，S13表示RFC到RF1的传输插损，S23表示RF2对RF1的隔离度。仿真数据表明，本发明实施后通道的插损和隔离度性能不变。

图3、图4及图5的仿真结果综合说明本发明实施例在精简控制器后没有影响SP2T的功能和性能。

本发明实施例提供的SP2T的两个控制器精简为一个控制器，RF2端口的四个控制信号复用RF1端口的四个控制信号；RF2端口串行支路栅极控制信号复用RF1端口并行支路栅极控制信号，RF2端口串行支路衬底控制信号复用RF1端口并行支路衬底控制信号，RF2端口并行支路栅极控制信号复用RF1端口串行支路栅极控制信号，RF2端口并行支路衬底控制信号复用RF1端口串行支路衬底控制信号。在不影响功能和性能的基础上，将控制器从两个简化为一个，有效降低了芯片尺寸

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于单控制器的精简射频开关，其特征在于，包括：公共端、双掷端口、端口串行电路、端口并行电路和控制器，其中，所述双掷端口包括第一双掷端口和第二双掷端口，所述端口串行电路包括第一串行电路和第二串行电路，所述端口并行电路包括第一并行电路和第二并行电路；

所述公共端分别与所述第一串行电路和所述第二串行电路相连接，所述第一串行电路和所述第二串行电路分别和所述第一双掷端口和所述第二双掷端口相连接，所述第一双掷端口和所述第二双掷端口分别和所述第一并行电路和所述第二并行电路相连接；

所述控制器分别与所述端口串行电路和所述端口并行电路相连接，通过向所述端口串行电路和所述端口并行电路发送控制信号改变射频开关的所述双掷端口的状态。

2.根据权利要求1所述的基于单控制器的精简射频开关，其特征在于，所述控制器的个数为1个，所述控制信号的个数为4个。

3.根据权利要求1所述的基于单控制器的精简射频开关，其特征在于，所述控制信号包括栅极控制信号和衬底控制信号，其中，所述栅极控制信号包括第一栅极控制信号和第二栅极控制信号，所述衬底控制信号包括第一衬底控制信号和第二衬底控制信号。

4.根据权利要求3所述的基于单控制器的精简射频开关，其特征在于，所述第一栅极控制信号用于控制所述第一串行电路和所述第二并行电路的栅极，所述第二栅极控制信号用于控制所述第二串行电路和所述第一并行电路的栅极。

5.根据权利要求4所述的基于单控制器的精简射频开关，其特征在于，所述第一衬底控制信号用于控制所述第一串行电路和所述第二并行电路的衬底，所述第二衬底控制信号用于控制所述第二串行电路和所述第一并行电路的衬底。

6.根据权利要求5所述的基于单控制器的精简射频开关，其特征在于，当所述第一双掷端口导通，且所述第二双掷端口关断时，所述第一栅极控制信号为正高电平，所述第一衬底控制信号为零电平，所述第二栅极控制信号和所述第二衬底控制信号为负高电平。

7.根据权利要求5所述的基于单控制器的精简射频开关，其特征在于，当所述第二双掷端口导通，且所述第一双掷端口关断时，所述第二栅极控制信号为正高电平，所述第二衬底控制信号为零电平，所述第一栅极控制信号和所述第一衬底控制信号为负高电平。

8.根据权利要求3所述的基于单控制器的精简射频开关，其特征在于，所述控制器包括7个脚，所述7个脚中有4个脚为信号控制端，所述第一串行电路和所述第二并行电路均包括第一栅极控制端和第一衬底控制端，所述第二串行电路和所述第一并行电路均包括第二栅极控制端和第二衬底控制端。

9.根据权利要求7所述的基于单控制器的精简射频开关，其特征在于，所述控制器用于产生所述第一栅极控制信号的脚分别和所述第一串行电路及所述第二并行电路的所述第一栅极控制端相连接，所述控制器用于产生第一衬底控制信号的脚分别和所述第一串行电路及所述第二并行电路的所述第一衬底控制端相连接，所述控制器用于产生所述第二栅极控制信号的脚分别和所述第一并行电路及所述第二串行电路的所述第二栅极控制端相连接，所述控制器用于产生所述第二衬底控制信号的脚分别和所述第一并行电路及所述第二串行电路的所述第二衬底控制端相连接。

10.一种基于单控制器的精简射频装置，其特征在于，包括如权利要求1至权利要求9任一项所述的基于单控制器的精简射频开关，还包括机器本体。