CN111193527B - 一种带esd防护的高线性度收发射频开关和射频收发装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带ESD防护的高线性度收发射频开关，包括发射电路、接收电路，接收电路包括连接在天线端和接收端之间的接收端电感、连接在接收端与地之间并用作ESD防护的接收并联开关元件；发射电路包括连接在发射端与天线端之间的发射端第一电感、串联后连接在发射端与地之间的发射端第二电感和发射端电容、与发射端第二电感并联的发射并联开关元件。带ESD防护的高线性度收发射频开关还包括用于与发射端第一电感/接收端电感组成并联谐振回路、连接在线端与地之间的匹配电路。本发明电路构成简单，能够在实现ESD防护功能的前提下减少增加的损耗，并具有较高的线性度。

Description

一种带ESD防护的高线性度收发射频开关和射频收发装置

技术领域

本发明涉及射频集成电路领域，具体涉及一种射频开关，尤其是带ESD防护的高线性度射频开关，并涉及应用上述带ESD防护的高线性度射频开关的射频收发装置。

背景技术

收发射频开关由两路开关电路组成，一路连接发射器，另一路连接接收器，且两路共同连接到天线端。开关电路由一个或者多个串联和并联的开关器件组成，在现代集成电路的应用中，开关器件也是由半导体器件来实现。

在高线性度的射频前端模块中，这些开关器件在某些状态下，会产生非线性交扰调制，从而使线性度恶化。同时，与天线端连接的PAD也需要加入相应的ESD防护。这样的实现方式使射频收发器和天线之间有较多的器件，增加了插入损耗，也使电路实现变得复杂，而且加入的ESD器件同样有线性度问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种电路简单、损耗较低且线性度较高的带ESD防护的高线性度收发射频开关。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种带ESD防护的高线性度收发射频开关，分别与发射器、接收器和天线相连接，所述带ESD防护的高线性度收发射频开关包括连接在所述发射器和所述天线之间的发射电路、连接在所述天线和所述接收器之间的接收电路，所述发射电路通过发射端与所述发射器相连接，所述接收器通过接收端与所述接收电路相连接，所述发射电路、所述接收电路均通过天线端与所述天线相连接，所述带ESD防护的射频开关具有发射状态和接收状态，所述接收电路包括接收端电感和用作ESD防护的接收并联开关元件，所述接收端电感的第一端与所述接收端相连接，所述接收端电感对第二端与所述天线端相连接，所述接收并联开关元件连接在所述接收端与地之间，所述接收并联开关元件的控制端形成所述接收电路的控制端；所述发射电路包括发射端第一电感、发射端第二电感、发射端电容和发射并联开关元件，所述发射端第一电感的第一端与所述发射端相连接，所述发射端第一电感的第二端与所述天线端相连接，所述发射端电容的第一端与所述发射端相连接，所述发射端第二电感连接在所述发射端电容的第二端与地之间，所述发射并联开关元件连接在所述发射端电容的第二端与地之间，所述发射并联开关元件控制端形成所述发射电路的控制端；所述带ESD防护的高线性度收发射频开关还包括在所述接收状态下与所述发射端第一电感组成并联谐振回路、在所述发射状态下与所述接收端电感组成并联谐振回路的匹配电路，所述匹配电路连接在所述天线端与地之间。

所述匹配电路包括匹配电容。

所述发射并联开关元件、所述接收并联开关元件为MOSFET器件、pHEMT器件、HBT器件或HB T器件。

当所述接收并联开关元件、所述发射并联开关元件均导通时，所述带ESD防护的高线性度收发射频开关处于所述发射状态；当所述接收并联开关元件、所述发射并联开关元件均截至时，所述带ESD防护的高线性度收发射频开关处于所述接收状态；在所述接收状态下，所述发射端电容和所述发射端第二电感组成串联谐振回路。

当对所述发射并联开关元件的控制端/所述接收并联开关元件的控制端施加高电平时，所述发射并联开关元件/所述接收并联开关元件导通；当对所述发射并联开关元件的控制端/所述接收并联开关元件的控制端施加低电平时，所述发射并联开关元件/所述接收并联开关元件截止。

本发明提供一种电路简单、损耗较低且线性度较高的射频收发装置。

一种方案中，该射频收发装置其包括发射器、接收器、天线和收发射频开关，所述发射器、所述接收器、所述天线分别与所述收发射频开关相连接，所述接收器包括设置于所述收发射频开关后的低噪声放大器，所述收发射频开关采用前述的带ESD防护的高线性度收发射频开关，且在所述接收状态下，所述接收端电感用作所述低噪声放大器的输入电感。

另一方案中，该射频收发装置，包括发射器、接收器、天线和收发射频开关，所述发射器、所述接收器、所述天线分别与所述收发射频开关相连接，所述发射器包括设置于所述收发射频开关前的功率放大器，所述收发射频开关采用前述的带ESD防护的高线性度收发射频开关，且在所述发射状态下，所述发射端第一电感、所述发射端电容用作所述功率放大器的输出匹配网络的一部分。

所述功率放大器的输出匹配网络为T型网络、多级L型网络或高低通网络。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明电路构成简单，能够在实现ESD防护功能的前提下减少增加的损耗，并具有较高的线性度。

附图说明

附图1为本发明的实施例一的电路图。

附图2为本发明的实施例二的电路图。

附图3为本发明的实施例三的电路图。

以上附图中：1、接收端电感；2、发射端第一电感；3、接收并联开关元件；4、匹配电容；5、发射端电容；6、发射端第二电感；7、发射并联开关元件。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。

实施例一：如附图1所示，一种带ESD防护的高线性度收发射频开关，具有发射端P2、接收端P1和天线端P0，分别与发射器、接收器和天线相连接，且其具有发射状态和接收状态。

该带ESD防护的高线性度收发射频开关包括发射电路和接收电路。发射电路连接在发射器和天线之间，即连接在发射端P2和天线端P0之间，发射电路通过发射端P2与发射器相连接，通过天线端P0与天线相连接。接收电路连接在天线和接收器之间，即连接在天线端P0和接收端P1之间，接收器通过接收端P1与接收电路相连接，通过天线端P0与天线相连接。

接收电路包括接收端电感1和接收并联开关元件3，其中接收并联开关元件3是用作ESD防护的器件。接收端电感1的第一端与接收端P1相连接，接收端电感1对第二端与天线端P0相连接，接收并联开关元件3连接在接收端P1与地之间，接收并联开关元件3的控制端SW1形成接收电路的控制端。

发射电路包括发射端第一电感2、发射端第二电感6、发射端电容5和发射并联开关元件7。发射端第一电感2的第一端与发射端P2相连接，发射端第一电感2的第二端与天线端P0相连接，发射端电容5的第一端与发射端P2相连接，发射端第二电感6连接在发射端电容5的第二端与地之间，发射并联开关元件7连接在发射端电容5的第二端与地之间，即发射端第二电感6和发射并联开关元件7并联，发射并联开关元件7控制端SW2形成发射电路的控制端。

该带ESD防护的高线性度收发射频开关还包括匹配电路，该匹配电路连接在天线端P0与地之间，用于在接收状态下与发射端第一电感2组成并联谐振回路、在发射状态下与接收端电感1组成并联谐振回路。本实施例中，匹配电路包括匹配电容4。

上述方案中，发射并联开关元件2、接收并联开关元件1为MOSFET器件、pHEMT器件、HBT器件、HB T器件或其他半导体器件。

对于接收电路，SW1是其控制端口。当低电平施加在SW1时，接收并联开关元件3处于截止状态，射频信号通过天线端P0和接收端电感1可以传送到接收端P1。接收并联开关元件3同时作为ESD器件，它在直流上通过接收端电感1和天线端P0接通，为整个天线端P0、接收端P1、发射端P2上的器件提供ESD保护。当高电平施加在SW1时，接收并联开关元件3处于导通状态，把接收端P1的信号通路短路到地，等价于接收端P1断开，此时，接收端电感1和匹配电容4组成并联谐振回路，工作在中心频率f0处。

对于发射电路，SW2使其控制端口。当低电平施加在SW2时，发射并联开关元件7处于截止状态，发射端电容5和发射端第二电感6组成串联谐振回路，并谐振于中心频率f0。在这个状态下，天线端P0和发射端P2断开。当高电平施加在SW2时，发射并联开关元件7处于导通状态，旁路掉发射端第二电感6，等价于发射端电容5接地。

综上所述， 当对发射并联开关元件7的控制端SW2和接收并联开关元件3的控制端SW1均施加低电平时，发射并联开关元件7和接收并联开关元件3均截止，带ESD防护的高线性度收发射频开关处于接收状态。当对发射并联开关元件7的控制端SW2和接收并联开关元件3的控制端SW1施加高电平时，发射并联开关元件7和接收并联开关元件3均导通，带ESD防护的高线性度收发射频开关处于发射状态。由于在发射状态时，所有的开关器件——接收并联开关元件3和发射并联开关元件7都处于导通状态，当发射其中功率放大器的功率信号通过这些器件时，几乎不产生额外的交扰信号，实现了发射状态的高线性度。

实施例二：如附图2所示，一种射频收发装置，包括发射器、接收器、天线和收发射频开关，发射器、接收器、天线分别与收发射频开关相连接。其中，收发射频开关采用实施例一中的带ESD防护的高线性度收发射频开关。

大部分接收器中，低噪声放大器（LNA）是射频开关后的第一个电路模块，低噪声放大器的结构中会有一个电感Lg作为放大器的输入电感。因此，在本实施例的射频收发装置中，接收器包括设置于收发射频开关后的低噪声放大器（LNA），并且带ESD防护的高线性度收发射频开关在接收状态下，其接收端电感1用作低噪声放大器LNA的输入电感Lg。

实施例三：如附图3所示，一种射频收发装置，包括发射器、接收器、天线和收发射频开关，发射器、接收器、天线分别与收发射频开关相连接。其中，收发射频开关采用实施例一中的带ESD防护的高线性度收发射频开关。

发射器包括设置于收发射频开关前的功率放大器（PA），且带ESD防护的高线性度收发射频开关在发射状态下，发射端第一电感2、发射端电容5用作功率放大器的输出匹配网络的一部分。功率放大器的输出匹配网络为T型网络、多级L型网络或高低通网络，附图3中所示为高低通网络类型。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种带ESD防护的高线性度收发射频开关，分别与发射器、接收器和天线相连接，所述带ESD防护的高线性度收发射频开关包括连接在所述发射器和所述天线之间的发射电路、连接在所述天线和所述接收器之间的接收电路，所述发射电路通过发射端与所述发射器相连接，所述接收器通过接收端与所述接收电路相连接，所述发射电路、所述接收电路均通过天线端与所述天线相连接，所述带ESD防护的射频开关具有发射状态和接收状态，其特征在于：所述接收电路包括接收端电感和用作ESD防护的接收并联开关元件，所述接收端电感的第一端与所述接收端相连接，所述接收端电感对第二端与所述天线端相连接，所述接收并联开关元件连接在所述接收端与地之间，所述接收并联开关元件的控制端形成所述接收电路的控制端；所述发射电路包括发射端第一电感、发射端第二电感、发射端电容和发射并联开关元件，所述发射端第一电感的第一端与所述发射端相连接，所述发射端第一电感的第二端与所述天线端相连接，所述发射端电容的第一端与所述发射端相连接，所述发射端第二电感连接在所述发射端电容的第二端与地之间，所述发射并联开关元件连接在所述发射端电容的第二端与地之间，所述发射并联开关元件控制端形成所述发射电路的控制端，所述发射并联开关元件、所述接收并联开关元件为MOSFET器件、pHEMT器件、HBT器件或HB T器件；所述带ESD防护的高线性度收发射频开关还包括在所述接收状态下与所述发射端第一电感组成并联谐振回路、在所述发射状态下与所述接收端电感组成并联谐振回路的匹配电路，所述匹配电路连接在所述天线端与地之间，所述匹配电路包括匹配电容。

2.根据权利要求1所述的带ESD防护的高线性度收发射频开关，其特征在于：当所述接收并联开关元件、所述发射并联开关元件均导通时，所述带ESD防护的高线性度收发射频开关处于所述发射状态；当所述接收并联开关元件、所述发射并联开关元件均截至时，所述带ESD防护的高线性度收发射频开关处于所述接收状态；在所述接收状态下，所述发射端电容和所述发射端第二电感组成串联谐振回路。

3.根据权利要求2所述的带ESD防护的高线性度收发射频开关，其特征在于：当对所述发射并联开关元件的控制端/所述接收并联开关元件的控制端施加高电平时，所述发射并联开关元件/所述接收并联开关元件导通；当对所述发射并联开关元件的控制端/所述接收并联开关元件的控制端施加低电平时，所述发射并联开关元件/所述接收并联开关元件截止。

4.一种射频收发装置，包括发射器、接收器、天线和收发射频开关，所述发射器、所述接收器、所述天线分别与所述收发射频开关相连接，所述接收器包括设置于所述收发射频开关后的低噪声放大器，其特征在于：所述收发射频开关采用如权利要求1至3中任一项所述的带ESD防护的高线性度收发射频开关，且在所述接收状态下，所述接收端电感用作所述低噪声放大器的输入电感。

5.一种射频收发装置，包括发射器、接收器、天线和收发射频开关，所述发射器、所述接收器、所述天线分别与所述收发射频开关相连接，所述发射器包括设置于所述收发射频开关前的功率放大器，其特征在于：所述收发射频开关采用如权利要求1至3中任一项所述的带ESD防护的高线性度收发射频开关，且在所述发射状态下，所述发射端第一电感、所述发射端电容用作所述功率放大器的输出匹配网络的一部分。

6.根据权利要求5所述的射频收发装置，其特征在于：所述功率放大器的输出匹配网络为T型网络、多级L型网络或高低通网络。