CN109586708A - 一种射频开关体控制驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种射频开关体控制驱动电路,包括:栅极电压公共控制模块,用于将控制开关模块导通或关断的栅极电压VG传输至开关模块;开关模块,用于在栅极电压VG的控制下将射频信号RFin连接或不连接至射频输出RFout;体区电压公共控制模块,用于将控制所述开关模块导通或关断的体区电压VB传输至所述开关模块;栅极电压生成电路,用于将栅极控制电压VCTG转换为栅极电压VG;体区控制驱动缓冲器,用于将栅极电压VG转换为体区电压VB,通过本发明,可实现由栅极偏置自适应控制驱动体区,优化电路结构,降低成本,减小谐波非线性,提高射频性能。
Description
技术领域
本发明涉及射频开关技术领域,特别是涉及一种RFSOI射频开关体控制驱动电路。
背景技术
RFSOI射频开关支路的体区控制驱动方式对谐波等非线性及工艺FOM至关重要。合理的体区控制驱动方式不仅有助于优化射频开关功率能力及谐波、插损与隔离度等性能,而且可以简化电路设计,节省芯片面积。
如图1所示,现有体区单独大电阻偏置射频开关包括栅极电压公共控制模块10、开关模块20、体区电压公共控制模块30、栅极电压生成电路40和体区电压生成电路50。其中,栅极电压公共控制模块10由电阻Rgc组成,用于将控制开关模块20导通或关断的栅极电压VG传输至开关模块20;开关模块20由多个级联的射频开关单元20i组成,用于在栅极电压VG的控制下将射频信号RFin连接或不连接至RFout,具体来说,每个射频开关单元20i由栅极偏置电路、开关电路和体区驱动电路组成,i=1,2,……,n,栅极偏置电路由栅极偏置电阻Rgi组成,用于将栅极电压VG传输至开关管Mi的栅极,开关电路由NMOS开关管Mi以及通路电阻Rdsi组成,用于传输或关断射频链路,体区驱动电路由体区偏置电阻Rbi组成,用于将体区电压VB传输至开关管Mi的体区;体区电压公共控制模块30由电阻Rbc组成,用于将控制开关模块20导通或关断的体区电压VB传输至开关模块20;栅极电压生成电路40由第一电平位移器(Levelshift A)和第一低通滤波器(LPF A)组成,用于将栅极控制电压VCTG转换为栅极电压VG;体区电压生成电路50由第二电平位移器(Levelshift B)和第二低通滤波器(LPFB)组成,用于将体区控制电压VCTB转换为体区电压VB。
栅极控制电压VCTG经第一电平位移器(Levelshift A)转换后连接至第一低通滤波器(LPF A)的输入端,第一低通滤波器(LPF A)的输出即栅极电压VG;栅极电压VG经电阻Rgc连接至栅极偏置电阻Rgi的公共端,栅极偏置电阻Rgi的另一端连接至开关管Mi的栅极;体区控制电压VCTB经第二电平位移器(Levelshift B)转换后连接至第二低通滤波器(LPFB)的输入端,第二低通滤波器(LPF B)的输出即体区电压VB;体区电压VB经电阻Rbc连接至体区偏置电阻Rbi的公共端,体区偏置电阻Rbi的另一端连接至开关管Mi的体区;射频输入信号RFin连接至开关管M1的漏极,开关管Mi依次级联,即开关管Mi的源极连接至开关管M(i+1)的漏极,i=1,2,……,n-1,开关管Mn的源极即为射频输出信号RFout,通路电阻Rdsi并联在开关管Mi的漏极和源极间。
体区单独大电阻偏置,全正负Vdd摆幅驱动,谐波及关断电容等射频性能好,但是体区单独控制驱动,需要复杂的额外体区驱动偏置电路及电平位移器(levelshift)。
为降低体区偏置电路的复杂度,可以采用体区二极管(diode)或MOS二极管(MOSdiode)连接自适应栅极偏置,控制电路简单,如图2所示,每个MOS开关管Mi的栅极和体区间并联一二极管或MOS二极管Di,二极管Di的阴极接开关管Mi的栅极,二极管Di的阳极接开关管Mi的体区。但是,体区电压自适应栅电压时有二极管(diode)压降,影响射频性能。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足,本发明之目的在于提供一种射频开关体控制驱动电路,实现由栅极偏置自适应控制驱动体区,可以优化电路结构,降低成本,减小谐波非线性,提高射频性能。
为达上述及其它目的,本发明提出一种射频开关体控制驱动电路,包括:
栅极电压公共控制模块,用于将控制开关模块导通或关断的栅极电压VG传输至开关模块;
开关模块,用于在栅极电压VG的控制下将射频信号RFin连接或不连接至射频输出RFout;
体区电压公共控制模块,用于将控制所述开关模块导通或关断的体区电压VB传输至所述开关模块;
栅极电压生成电路,用于将栅极控制电压VCTG转换为栅极电压VG;
体区控制驱动缓冲器,用于将栅极电压VG转换为体区电压VB。
优选地,所述体区控制驱动缓冲器将栅极电压VG通过反相器级联转换为所述体区电压VB。
优选地,所述体区控制驱动缓冲器包括第一反相器INV1和第二反相器INV2,第一反相器INV1用于将摆幅为±Vdd的栅极电压VG转化为+Vdd/0,第二反相器INV2用于将第一反相器INV1输出的摆幅为+Vdd/0的电压转化为0/-Vdd,第一反相器INV1的电源正端和负端分别连接正电源AVDD和地,第二反相器INV2的电源正端和负端分别连接地和负电源AVSS,所述栅极电压VG连接至第一反相器INV1的输入端,第一反相器INV1的输出端连接至第二反相器INV2的输入端,所述第二反相器INV2输出所述体区电压VB。
优选地,所述体区控制驱动缓冲器将所述栅极电压VG经高低电平自钳位控制后转换为所述体区电压VB。
优选地,所述体区控制驱动缓冲器包括第一NMOS驱动管ML和第二NMOS驱动MH,所述第一NMOS驱动管ML和第二NMOS驱动MH的连接类似锁存结构。
优选地,栅极电压VG连接至第一NMOS驱动管ML的漏极和第二NMOS驱动MH的栅极,第一NMOS驱动管ML的栅极和第二NMOS驱动MH的漏极接地,第一NMOS驱动管ML和第二NMOS驱动MH的衬底和源极连接在一起形成输出端即所述体区电压VB。
优选地,所述开关模块由多个级联的射频开关单元组成,用于在所述栅极电压VG的控制下将射频信号RFin连接或不连接至RFout。
优选地,每个射频开关单元包括:
栅极偏置电路,包括栅极偏置电阻Rgi,用于将栅极电压VG传输至开关管Mi的栅极;
开关电路,包括NMOS开关管Mi以及通路电阻Rdsi组成,用于传输或关断射频链路;
体区驱动电路由体区偏置电阻Rbi组成,用于将体区电压VB传输至开关管Mi的体区。
优选地,栅极电压VG经所述栅极电压公共控制模块连接至栅极偏置电阻Rgi的公共端,栅极偏置电阻Rgi的另一端连接至开关管Mi的栅极;栅极电压VG经体区控制驱动缓冲器转换后得到体区电压VB,体区电压VB经所述体区电压公共控制模块连接至体区偏置电阻Rbi的公共端,体区偏置电阻Rbi的另一端连接至开关管Mi的体区;射频输入信号RFin连接至开关管M1的漏极,开关管Mi依次级联,即开关管Mi的源极连接至开关管M(i+1)的漏极,i=1,2,……,n-1,开关管Mn的源极即为射频输出信号RFout,通路电阻Rdsi并联在开关管Mi的漏极和源极间。
优选地,所述栅极电压生成电路包括第一电平位移器和低通滤波器,栅极控制电压VCTG经所述第一电平位移器转换后连接至第一低通滤波器的输入端,所述第一低通滤波器输出所述栅极电压VG。
与现有技术相比,本发明一种射频开关体控制驱动电路通过体区控制驱动缓冲器,由栅极偏置控制驱动体偏置,实现射频开关支路体偏置全摆幅无压降自适应栅偏置控制驱动电压,节省体区额外复杂的控制驱动偏置电路,优化电路结构,降低成本,减小谐波非线性,提高射频性能。
附图说明
图1为现有体区单独大电阻偏置射频开关的电路结构图;
图2为现有技术一种体区二极管自适应偏置的射频开关电路的电路结构图;
图3为本发明一种射频开关体控制驱动电路的结构示意图;
图4为本发明一实施例中体区控制驱动缓冲器(buff)50的结构示意图;
图5为本发明另一实施例中体区控制驱动缓冲器(buff)50的结构示意图;
图6为本发明具体实施例中采用图3的射频开关电路进行串并联的SPMT(单刀多掷开关)射频开关电路图;
图7为本发明和二极管自适应体区驱动的仿真对比;
图8为本发明与现有技术的谐波仿真对比图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用,本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用,在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图3为本发明一种射频开关体控制驱动电路的结构示意图。如图3所示,本发明一种射频开关体控制驱动电路,包括:栅极电压公共控制模块10、开关模块20和体区电压公共控制模块30、栅极电压生成电路40和体区控制驱动缓冲器(buff)50。
其中,栅极电压公共控制模块10由电阻Rgc组成,用于将控制开关模块20导通或关断的栅极电压VG传输至开关模块20;开关模块20由多个级联的射频开关单元20i组成,用于在栅极电压VG的控制下将射频信号RFin连接或不连接至RFout,具体来说,每个射频开关单元20i由栅极偏置电路、开关电路和体区驱动电路组成,i=1,2,……,n,栅极偏置电路由栅极偏置电阻Rgi组成,用于将栅极电压VG传输至开关管Mi的栅极,开关电路由NMOS开关管Mi以及通路电阻Rdsi组成,用于传输或关断射频链路,体区驱动电路由体区偏置电阻Rbi组成,用于将体区电压VB传输至开关管Mi的体区;体区电压公共控制模块30由电阻Rbc组成,用于将控制开关模块20导通或关断的体区电压VB传输至开关模块20;栅极电压生成电路40由第一电平位移器(Levelshift A)和低通滤波器(LPF)组成,用于将栅极控制电压VCTG转换为栅极电压VG;体区控制驱动缓冲器(buff)50,用于将栅极电压VG转换为体区电压VB。
栅极控制电压VCTG经第一电平位移器(Levelshift A)转换后连接至第一低通滤波器(LPF A)的输入端,第一低通滤波器(LPF A)的输出即栅极电压VG;栅极电压VG经电阻Rgc连接至栅极偏置电阻Rgi的公共端,栅极偏置电阻Rgi的另一端连接至开关管Mi的栅极;栅极电压经体区控制驱动缓冲器(buff)50转换后得到体区电压VB;体区电压VB经电阻Rbc连接至体区偏置电阻Rbi的公共端,体区偏置电阻Rbi的另一端连接至开关管Mi的体区;射频输入信号RFin连接至开关管M1的漏极,开关管Mi依次级联,即开关管Mi的源极连接至开关管M(i+1)的漏极,i=1,2,……,n-1,开关管Mn的源极即为射频输出信号RFout,通路电阻Rdsi并联在开关管Mi的漏极和源极间。
在本发明具体实施例中,体区控制驱动缓冲器(buff)50有如下两种实现方式:
图4为本发明一实施例中体区控制驱动缓冲器(buff)50的结构示意图,于本实施例中,栅极偏置经由反相器级联控制驱动体区,具体地,如图4所示,其由第一反相器INV1和第二反相器INV2组成,第一反相器INV1用于将摆幅为±Vdd的栅极电压VG转化为+Vdd/0,第二反相器INV2用于将第一反相器INV1输出的摆幅为+Vdd/0的电压转化为0/-Vdd。第一反相器INV1的电源正端和负端分别连接正电源AVDD和地,第二反相器INV2的电源正端和负端分别连接地和负电源AVSS,栅极电压VG连接至第一反相器INV1的输入端,第一反相器INV1的输出端连接至第二反相器INV2的输入端,第二反相器INV2的输出即体区电压VB。
图5为本发明另一实施例中体区控制驱动缓冲器(buff)50的结构示意图,于本实施例中,栅极偏置经高低电平自钳位控制后驱动体区,如图5所示,其由第一NMOS驱动管ML和第二NMOS驱动MH组成,用于将栅极电压VG转换为体区电压VB。两个NMOS管的连接类似锁存结构,栅极电压VG连接至第一NMOS驱动管ML的漏极和第二NMOS驱动MH的栅极,第一NMOS驱动管ML的栅极和第二NMOS驱动MH的漏极接地,第一NMOS驱动管ML和第二NMOS驱动MH的衬底和源极连接在一起形成输出端即体区电压VB。
图6为本发明具体实施例中采用图3的射频开关电路进行串并联的SPMT(单刀多掷开关)射频开关电路图。其中,每一个开关均为图3所示的开关支路,图中的RF端口均可选并联图4所示开关支路至地改善隔离度。
图7为本发明和二极管自适应体区驱动的仿真对比图,最上面为栅极控制电压VCTG,摆幅为+2.5/0V,第二幅(body)为体区电压VB,摆幅为0/-2.5V,第三幅(Gate)为栅极电压VG,摆幅为+2.5/-2.5V,第四幅为二极管自适应体区驱动(Body+diode bias)的体区电压VB,摆幅为-0.6/-1.95V。
图8为本发明与现有技术的谐波仿真对比图。可见,本发明非线性偶次谐波H2(三角形连线)较二极管自适应体区驱动的H2(圆形连线)平均改善0.7dB,本发明非线性奇次谐波H3(三角连线)较二极管自适应体区驱动的H3(圆形连线)平均改善4.5dB。
综上所述,本发明一种射频开关体控制驱动电路通过体区控制驱动缓冲器,由栅极偏置控制驱动体偏置,实现射频开关支路体偏置全摆幅无压降自适应栅偏置控制驱动电压,节省体区额外复杂的控制驱动偏置电路,优化电路结构,降低成本,减小谐波非线性,提高射频性能。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰与改变。因此,本发明的权利保护范围,应如权利要求书所列。
Claims (10)
1.一种射频开关体控制驱动电路,包括:
栅极电压公共控制模块,用于将控制开关模块导通或关断的栅极电压VG传输至开关模块;
开关模块,用于在栅极电压VG的控制下将射频信号RFin连接或不连接至射频输出RFout;
体区电压公共控制模块,用于将控制所述开关模块导通或关断的体区电压VB传输至所述开关模块;
栅极电压生成电路,用于将栅极控制电压VCTG转换为栅极电压VG;
体区控制驱动缓冲器,用于将栅极电压VG转换为体区电压VB。
2.如权利要求1所述的一种射频开关体控制驱动电路,其特征在于:所述体区控制驱动缓冲器将栅极电压VG通过反相器级联转换为所述体区电压VB。
3.如权利要求2所述的一种射频开关体控制驱动电路,其特征在于:所述体区控制驱动缓冲器包括第一反相器INV1和第二反相器INV2,第一反相器INV1用于将摆幅为±Vdd的栅极电压VG转化为+Vdd/0,第二反相器INV2用于将第一反相器INV1输出的摆幅为+Vdd/0的电压转化为0/-Vdd,第一反相器INV1的电源正端和负端分别连接正电源AVDD和地,第二反相器INV2的电源正端和负端分别连接地和负电源AVSS,所述栅极电压VG连接至第一反相器INV1的输入端,第一反相器INV1的输出端连接至第二反相器INV2的输入端,所述第二反相器INV2输出所述体区电压VB。
4.如权利要求1所述的一种射频开关体控制驱动电路,其特征在于:所述体区控制驱动缓冲器将所述栅极电压VG经高低电平自钳位控制后转换为所述体区电压VB。
5.如权利要求4所述的一种射频开关体控制驱动电路,其特征在于:所述体区控制驱动缓冲器包括第一NMOS驱动管ML和第二NMOS驱动MH,所述第一NMOS驱动管ML和第二NMOS驱动MH的连接类似锁存结构。
6.如权利要求5所述的一种射频开关体控制驱动电路,其特征在于:栅极电压VG连接至第一NMOS驱动管ML的漏极和第二NMOS驱动MH的栅极,第一NMOS驱动管ML的栅极和第二NMOS驱动MH的漏极接地,第一NMOS驱动管ML和第二NMOS驱动MH的衬底和源极连接在一起形成输出端即所述体区电压VB。
7.如权利要求3或6所述的一种射频开关体控制驱动电路,其特征在于:所述开关模块由多个级联的射频开关单元组成,用于在所述栅极电压VG的控制下将射频信号RFin连接或不连接至RFout。
8.如权利要求7所述的一种射频开关体控制驱动电路,其特征在于:每个射频开关单元包括:
栅极偏置电路,包括栅极偏置电阻Rgi,用于将栅极电压VG传输至开关管Mi的栅极;
开关电路,包括NMOS开关管Mi以及通路电阻Rdsi组成,用于传输或关断射频链路;
体区驱动电路由体区偏置电阻Rbi组成,用于将体区电压VB传输至开关管Mi的体区。
9.如权利要求7所述的一种射频开关体控制驱动电路,其特征在于:栅极电压VG经所述栅极电压公共控制模块连接至栅极偏置电阻Rgi的公共端,栅极偏置电阻Rgi的另一端连接至开关管Mi的栅极;栅极电压VG经体区控制驱动缓冲器转换后得到体区电压VB,体区电压VB经所述体区电压公共控制模块连接至体区偏置电阻Rbi的公共端,体区偏置电阻Rbi的另一端连接至开关管Mi的体区;射频输入信号RFin连接至开关管M1的漏极,开关管Mi依次级联,即开关管Mi的源极连接至开关管M(i+1)的漏极,i=1,2,……,n-1,开关管Mn的源极即为射频输出信号RFout,通路电阻Rdsi并联在开关管Mi的漏极和源极间。
10.如权利要求7所述的一种射频开关体控制驱动电路,其特征在于:所述栅极电压生成电路包括第一电平位移器和低通滤波器,栅极控制电压VCTG经所述第一电平位移器转换后连接至第一低通滤波器的输入端,所述第一低通滤波器输出所述栅极电压VG。
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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