CN111490763A - 耐功率的场效应管开关、开关限幅芯片及射频前端系统 - Google Patents

耐功率的场效应管开关、开关限幅芯片及射频前端系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及耐功率的场效应管开关、开关限幅芯片及射频前端系统，该场效应管开关包括自举电容以及至少一个FET管芯、至少一个漏源电阻、至少一个栅极串联电阻；所述场效应管开关的射频信号输入端与射频信号输出端连接，所述射频信号输入端与射频信号输出端之间的节点通过串联的各所述漏源电阻和所述自举电容接地；每个所述FET管芯的源极、漏极分别对应连接一个所述漏源电阻的两端，每个所述FET管芯的栅极通过一个所述栅极串联电阻连接所述场效应管开关的控制端。采用本发明提供的场效应管开关，可以在不增加、甚至降低开关损耗和面积的前提下提高开关的耐功率水平。

Description

耐功率的场效应管开关、开关限幅芯片及射频前端系统
技术领域
本发明涉及雷达通信技术领域，尤其涉及一种耐功率的场效应管开关、开关限幅芯片及射频前端系统。
背景技术
传统相控阵雷达的射频前端系统主要由分立的衰减器芯片、移相器芯片、发射驱放芯片、接收驱放芯片、电源芯片、功放芯片、低噪放芯片、开关芯片（或环形器）和限幅器芯片组成，每个通道需要8~10个芯片。其中，开关芯片（或环形器）用来对发射链路和接收链路进行切换，以使系统实现发射或接收功能。由于环形器需要使用铁氧体材料制造，体积和重量都很大，因此使用受到很多限制。随着射频前端组件对于集成度、小型化、轻量化的要求日益提高，开关芯片的应用越来越多。但是开关芯片相比于环形器，在耐功率方面的设计更加困难，可以承受较大功率（一般大于1W）的开关，其损耗也比环形器大，会影响系统的工作效率。
目前，一般的射频开关由于所在的链路位置功率量级较小（一般小于0.5W/27dBm），不需要针对所能承受的功率进行优化或特殊设计即可满足要求。射频开关通常采用多个场效应晶体管（FET）器件实现相应功能，工作原理是对FET器件的栅极施加相应的控制电压，使FET器件处于导通或截止（也称关断）状态，从而对电路产生不同的影响，以实现不同射频通路的“开”或“关”。处于导通态时，FET器件主要等效为导通电阻Ron，处于截止态时，FET器件主要等效为截止电容Coff。一般的耗尽型FET器件传递函数特性如图1所示，VBR为栅漏击穿电压，VTH为阈值电压，VG为栅极电压，IDS为漏源电流。当FET器件用作开关设计时，控制FET器件截止的截止控制电压Voff介于VTH和VBR之间，截止状态的耐功率水平由|Voff－VBR|或|Voff－VTH|决定，而控制FET器件导通的导通控制电压Von大于VTH，导通状态的耐功率水平除了受|Von－VTH|控制，还受漏源电流IDS的饱和电流影响。
随着现代相控阵雷达中的射频前端系统对于系统的体积、重量、集成度、效率等指标要求越来越高，也越来越多地在射频前端系统中使用射频开关。尤其是连接末级大功率放大器（功放，PA）输出端的射频开关，需要能承受住功率放大器的输出功率（一般大于1W/30dBm），并在此基础上留有一定功率余量，以保证可靠性。
由于射频信号通过时，会在开关FET器件的栅极和漏极之间形成电压摆幅，射频功率越大则形成的电压摆幅越大。若电压摆幅超过FET器件的栅漏击穿电压VBR，就有可能导致FET器件击穿烧毁，或者影响长期使用的可靠性，同时FET器件导通或截止状态的电压摆幅还受限于阈值电压VTH。为了提高射频开关的耐功率水平，传统的大功率射频开关通常采用多个FET器件串联或使用PIN二极管进行开关设计。多个FET器件串联可以分担射频功率在栅极和漏极之间形成的电压摆幅，减小了每个FET器件的压力，但是会导致导通时的等效电阻增大（相当于电阻串联），从而增加了信号通过时的损耗，降低系统的输出功率和效率。若要减小等效电阻，就需要增大每个串联FET器件的栅宽，这又会导致开关电路所占芯片面积的增加，使设计难度和成本也相应增加。使用PIN二极管设计开关，虽然可以一定程度解决耐功率问题，但PIN二极管导通时会产生直流功耗，因此会影响系统的效率指标。
发明内容
本发明的目的是针对上述至少一部分缺陷，提供一种能够在不增加开关损耗和面积的前提下，提高耐功率水平的场效应管开关。
为了实现上述目的，本发明提供了一种耐功率的场效应管开关，包括自举电容以及至少一个FET管芯、至少一个漏源电阻、至少一个栅极串联电阻；
所述场效应管开关的射频信号输入端与射频信号输出端连接，所述射频信号输入端与射频信号输出端之间的节点通过串联的各所述漏源电阻和所述自举电容接地；每个所述FET管芯的源极、漏极分别对应连接一个所述漏源电阻的两端，每个所述FET管芯的栅极通过一个所述栅极串联电阻连接所述场效应管开关的控制端。
优选地，各所述FET管芯均为GaAs pHEMT管芯。
本发明还提供了一种开关限幅芯片，包括：发射支路开关、接收支路开关和接收支路限幅器，其中，所述发射支路开关和接收支路开关均采用如上述任一项所述的场效应管开关；
所述开关限幅芯片的功放端PA用于与发射功放芯片的输出端连接，低噪放端LNA用于与接收低噪放芯片的输入端连接，收发端Tx/Rx用于与天线端连接；所述开关限幅芯片的功放端PA通过所述发射支路开关连接收发端Tx/Rx，收发端Tx/Rx通过串联的所述接收支路开关和接收支路限幅器连接低噪放端LNA。
优选地，所述接收支路限幅器采用PIN二极管作为限幅器件。
优选地，所述接收支路限幅器包括第一PIN二极管D1至第六PIN二极管D6、第一电感L1至第五电感L5；
所述接收支路限幅器的大功率输入端PA1用于与所述接收支路开关连接，限幅输出端LNA2用于与接收低噪放芯片连接；第一电感L1、第三电感L3、第四电感L4、第五电感L5串联，设于所述大功率输入端PA1与所述限幅输出端LNA2之间，第一电感L1与第三电感L3之间的节点分别通过第一PIN二极管D1、第二PIN二极管D2、第二电感L2接地，第三电感L3与第四电感L4之间的节点分别通过第三PIN二极管D3、第四PIN二极管D4接地，第四电感L4与第五电感L5之间的节点分别通过第五PIN二极管D5、第六PIN二极管D6接地。
优选地，还包括第一匹配电容M_C1至第三匹配电容M_C3，第一匹配电感M_L1至第三匹配电感M_L3；
所述开关限幅芯片的功放端PA通过串联的第一匹配电容M_C1和第一匹配电感M_L1连接所述发射支路开关的射频信号输入端，所述发射支路开关的射频信号输出端通过串联的第二匹配电感M_L2和第二匹配电容M_C2连接所述开关限幅芯片的收发端Tx/Rx，且第二匹配电感M_L2和第二匹配电容M_C2之间的节点通过第三匹配电容M_C3接地；
所述开关限幅芯片的收发端Tx/Rx通过串联的第二匹配电容M_C2和第三匹配电感M_L3连接所述接收支路开关的射频信号输入端，所述接收支路开关的射频信号输出端连接所述接收支路限幅器的大功率输入端，所述接收支路限幅器的限幅输出端连接所述开关限幅芯片的低噪放端LNA。
本发明还提供了一种射频前端系统，采用如上述任一项所述的开关限幅芯片，所述开关限幅芯片的收发端引出为系统的收发端。
优选地，还包括发射功放芯片、接收低噪放芯片和单通道收发芯片，所述单通道收发芯片与所述发射功放芯片信号连接，所述发射功放芯片与所述开关限幅芯片信号连接，所述开关限幅芯片与所述接收低噪放芯片信号连接，所述接收低噪放芯片与所述单通道收发芯片信号连接；
所述单通道收发芯片包括发射和接收信号公共端，用于系统内部发射和接收射频信号，还包括控制信号端，用于对单通道收发芯片内部的各模块进行控制；所述单通道收发芯片用于根据所述控制信号端输入的控制信号，对发射和接收的射频信号进行幅度和/或相位控制，并控制所述开关限幅芯片的开关状态，所述发射功放芯片用于对所述单通道收发芯片输出的射频信号进行功率放大，所述接收低噪放芯片用于对接收的射频信号进行低噪声放大，并提高系统的信噪比。
本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供了一种耐功率的场效应管开关、开关限幅芯片及射频前端系统。本发明提供的场效应管开关引入了自举电容，采用本发明提供的场效应管开关，可以在不增加、甚至降低开关损耗和面积的前提下提高开关的耐功率水平。本发明提供的开关限幅芯片将收发开关和接收支路限幅器进行了集成设计，有利于降低芯片成本、提高系统集成度，同时提高系统性能。本发明提供的射频前端系统相比于传统方案，大大减少了芯片数量，且可以承受较大的射频功率。
附图说明
图1是耗尽型FET器件传递函数特性曲线图；
图2是本发明实施例中一种耐功率的场效应管开关原理示意图；
图3是图2所示场效应管开关等效电路图；
图4是本发明实施例中一种耐功率的场效应管开关电路图；
图5是一种传统FET管芯串并联结构开关电路图；
图6示出了图4和图5所示两种开关在工作频带内的插入损耗性能对比；
图7示出了图5所示传统FET管芯串并联结构开关的压缩特性；
图8示出了图4所示耐功率的场效应管开关的压缩特性；
图9是本发明实施例中一种开关限幅芯片原理框图；
图10是本发明实施例中一种接收支路限幅器电路图；
图11是本发明实施例中一种开关限幅芯片电路图；
图12是本发明实施例中一种射频前端系统原理框图。
图中：100：并联管芯部分；101：串联管芯部分；200：发射支路开关；300：接收支路开关；400：接收支路限幅器。
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做出创造性劳动的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。
实施例一
如图2所示，本发明实施例提供了一种耐功率的场效应管开关，包括自举电容Cs以及至少一个FET管芯、至少一个漏源电阻、至少一个栅极串联电阻，其中，各FET管芯优选采用GaAs pHEMT管芯。
图2中以P1代表场效应管开关的射频信号输入端，以P2代表场效应管开关的射频信号输出端，以P3代表场效应管开关的控制端，如图2所示，场效应管开关的射频信号输入端P1与射频信号输出端P2连接，射频信号输入端P1与射频信号输出端P2之间的节点通过串联的各漏源电阻和自举电容Cs接地，即，各漏源电阻串联，并与自举电容Cs串联后，接于射频信号输入端P1与射频信号输出端P2之间节点和地之间。每个FET管芯的源极、漏极分别对应连接一个漏源电阻的两端（各个FET管芯串联），每个FET管芯的栅极通过一个栅极串联电阻连接场效应管开关的控制端P3。当然，在其他优选实施方式中，也可根据实际情况增加相应的FET管芯、漏源电阻、栅极串联电阻。自举电容Cs以及各FET管芯、漏源电阻、栅极串联电阻的实际参数可根据需要具体设计，在此不再进一步限定。
图2示出了本发明提供的耐功率的场效应管开关包括一个FET管芯（即第一FET管芯F1）、一个漏源电阻（即第一漏源电阻R1）和一个栅极串联电阻（即第一栅极串联电阻R2）的情况。第一FET管芯F1的源极、漏极分别对应连接第一漏源电阻R1的两端。第一FET管芯F1的栅极通过第一栅极串联电阻R2连接场效应管开关的控制端P3。
图2的等效电路如图3所示，图3中，Rds表示FET管芯漏源等效电阻，Cgd表示FET管芯栅漏寄生电容，Cgs表示FET管芯栅源寄生电容。在控制端P3施加截止控制电压Voff时，第一FET管芯F1处于关断状态，此时FET管芯漏源等效电阻Rds阻值很大，场效应管开关的电路主要等效为FET管芯栅漏寄生电容Cgd、FET管芯栅源寄生电容Cgs、自举电容Cs串联后的截止电容Coff，射频信号由射频信号输入端P1传输到射频信号输出端P2，并产生一定功率损耗。在控制端P3施加导通控制电压Von时，第一FET管芯F1处于导通状态，此时FET管芯漏源等效电阻Rds阻值很小，场效应管开关的电路主要等效为第一漏源电阻R1和FET管芯漏源等效电阻Rds并联后的导通电阻Ron，导通电阻Ron和自举电容Cs串联到地，射频信号的能量基本消耗在第一FET管芯F1上。由于射频信号通过FET管芯时会形成电压摆幅，自举电容Cs的引入使第一FET管芯F1的源极（或漏极，取决于具体设计时的电路连接方式）处于悬浮状态，同时可以分担一部分射频电压摆幅，从而减小了FET管芯的压力，以免电压摆幅超过击穿电压造成FET管芯损毁。需要注意的是，在依据本发明实施具体设计时，需要根据具体的目标耐功率水平选择FET管芯的个数。
实施例二
如图4所示，本实施例二与实施例一基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：
本实施例提供了一种X波段的场效应管开关，如图4所示（P1、P2、P3分别代表场效应管开关的射频信号输入端、射频信号输出端、控制端），该场效应管开关包括三个FET管芯、三个漏源电阻和三个栅极串联电阻，其中，三个FET管芯分别为第一FET管芯F1、第二FET管芯F2、第三FET管芯F3；三个漏源电阻分别为第一漏源电阻R1、第二漏源电阻R2、第三漏源电阻R3；三个栅极串联电阻分别为第一栅极串联电阻R4、第二栅极串联电阻R5、第三栅极串联电阻R6。第一漏源电阻R1、第二漏源电阻R2、第三漏源电阻R3串联后，与自举电容Cs串联到地，第一FET管芯F1、第二FET管芯F2、第三FET管芯F3的源极、漏极分别对应连接第一漏源电阻R1、第二漏源电阻R2、第三漏源电阻R3的两端，第一FET管芯F1、第二FET管芯F2、第三FET管芯F3的栅极分别通过第一栅极串联电阻R4、第二栅极串联电阻R5、第三栅极串联电阻R6连接控制端P3。
优选地，第一FET管芯F1、第二FET管芯F2、第三FET管芯F3均为栅宽为0.75mm的pHEMT管芯，该场效应管开关的总栅宽为2.25mm，自举电容Cs的容值为2pF，可达到的耐功率水平为35dBm（约3.16W）。
作为对比，采用传统FET管芯串并联结构设计了相同耐功率水平的微波大功率开关，传统FET管芯串并联结构开关的电路图如图5所示，主要由并联管芯部分100和串联管芯部分101组成。图5中，P1、P2分别代表该开关的射频信号输入端、射频信号输出端，P3代表并联管芯部分控制端，P4代表串联管芯部分控制端。并联管芯部分100包括如图5所示的第一电阻R1至第四电阻R4、第一管芯F1和第二管芯F2，其中，第一电阻R1、第二电阻R2串联，接在开关的射频信号输入端P1与串联管芯部分101之间，第一管芯F1和第二管芯F2的源极、漏极分别对应连接第一电阻R1和第二电阻R2的两端，第一管芯F1和第二管芯F2的栅极分别通过第三电阻R3和第四电阻R4连接并联管芯部分控制端P3。串联管芯部分101包括如图5所示的第五电阻R5至第八电阻R8、电感Ls、第三管芯F3和第四管芯F4，其中，第五电阻R5、第六电阻R6串联后，与电感Ls并联，接在并联管芯部分100与开关的射频信号输出端P2之间，第三管芯F3和第四管芯F4的源极、漏极分别对应连接第五电阻R5和第六电阻R6的两端（第三管芯F3和第四管芯F4串联在P1、P2之间），第三管芯F3和第四管芯F4的栅极分别通过第七电阻R7和第八电阻R8连接串联管芯部分控制端P4。为实现相同耐功率水平，串联管芯部分101中的第三管芯F3、第四管芯F4均为栅宽为1.36mm的pHEMT管芯，并联管芯部分100中的第一管芯F1、第二管芯F2均为栅宽为0.4mm的pHEMT管芯，该开关的FET管芯总栅宽为3.52mm。由此可知，本发明提供的耐功率的场效应管开关的管芯尺寸仅为传统FET管芯串并联结构开关的管芯尺寸的约64%，可减小开关面积。
使用时，对于如图4所示的场效应管开关，控制端P3的控制电压为-5V（对应截止控制电压Voff）或0V（对应导通控制电压Von）。对P3施加-5V控制电压，场效应管开关处于导通状态，射频信号由P1传输到P2，对P3施加0V控制电压，场效应管开关处于关断状态，射频信号被短路，无法传输。对于如图5所示传统FET管芯串并联结构开关，在P3和P4的控制电压为-5V（对应Voff）或0V（对应Von），对P3/P4分别施加-5V/0V控制电压，并联管芯部分100等效为并联电容，串联管芯部分101等效为串联电阻，开关处于导通状态，射频信号由P1传输到P2，对P3/P4分别施加0V/-5V控制电压，并联管芯部分100等效为到地电阻，串联管芯部分101等效为串联电容，开关处于关断状态，射频信号被短路，无法传输。
本发明提供的耐功率的场效应管开关，及传统FET管芯串并联结构开关的性能指标对比如图6至图8所示。一般使用插入损耗（Insertion Loss, IL）指标来衡量开关器件的损耗，如图6所示，本发明提供的场效应管开关（对应图6图例中的本发明设计）的插入损耗基本在整个工作频带内优于传统FET管芯串并联结构开关（对应图6图例中的传统设计）。一般使用P-0.1dB功率指标来衡量开关器件的耐功率水平，即，开关的损耗比小信号工作时增加0.1dB（或称为开关压缩0.1dB）时，对应的输入功率。如图7所示，传统FET管芯串并联结构开关的P-0.1dB功率为35.5dBm（约3.55W），输入功率38dBm（约6.3W）时压缩0.9dB。如图8所示，本发明提供的耐功率的场效应管开关的P-0.1dB功率为35.7dBm（约3.72W），输入功率38dBm时压缩0.53dB。因此，本发明提出的耐功率的场效应管开关在电路尺寸、损耗和耐功率水平等指标上均优于传统的FET管芯串并联结构大功率开关设计。
实施例三
如图9所示，本发明还提供了一种开关限幅芯片，包括：发射支路开关、接收支路开关和接收支路限幅器，其中，发射支路开关和接收支路开关均采用如上述任一实施方式所述的耐功率的场效应管开关。
开关限幅芯片的功放端PA用于与发射功放芯片的输出端连接，低噪放端LNA用于与接收低噪放芯片的输入端连接，收发端Tx/Rx用于与天线端连接；开关限幅芯片的功放端PA通过发射支路开关连接收发端Tx/Rx，收发端Tx/Rx通过串联的接收支路开关和接收支路限幅器连接低噪放端LNA。
优选地，接收支路限幅器采用PIN二极管作为限幅器件。进一步地，如图10所示，接收支路限幅器进一步包括第一PIN二极管D1至第六PIN二极管D6、第一电感L1至第五电感L5。其中，接收支路限幅器的大功率输入端PA1用于与接收支路开关连接，限幅输出端LNA2用于与接收低噪放芯片连接。第一电感L1、第三电感L3、第四电感L4、第五电感L5串联，设于大功率输入端PA1与限幅输出端LNA2之间。第一电感L1与第三电感L3之间的节点连接第一PIN二极管D1、第二PIN二极管D2的正极，分别通过第一PIN二极管D1、第二PIN二极管D2接地，如图10所示，即第一电感L1与第三电感L3之间的节点连接第一PIN二极管D1的正极，第一PIN二极管D1的负极接地，且第一电感L1与第三电感L3之间的节点连接第二PIN二极管D2的正极，第二PIN二极管D2的负极接地，同时，第一电感L1与第三电感L3之间的节点还通过第二电感L2接地。第三电感L3与第四电感L4之间的节点连接第三PIN二极管D3、第四PIN二极管D4的正极，分别通过第三PIN二极管D3、第四PIN二极管D4接地，第四电感L4与第五电感L5之间的节点连接第五PIN二极管D5、第六PIN二极管D6的正极，分别通过第五PIN二极管D5、第六PIN二极管D6接地。
如图11所示，开关限幅芯片集成了开关与限幅功能，发射支路开关200采用如上述任一实施例所述的场效应管开关，包括三个FET管芯、三个漏源电阻和三个栅极串联电阻以及自举电容Cs1，其中，三个FET管芯分别为第一FET管芯F1、第二FET管芯F2、第三FET管芯F3；三个漏源电阻分别为第一漏源电阻R1、第二漏源电阻R2、第三漏源电阻R3；三个栅极串联电阻分别为第一栅极串联电阻R4、第二栅极串联电阻R5、第三栅极串联电阻R6。SW_T表示发射支路开关200的控制端。
开关限幅芯片的接收支路开关300采用如上述任一实施例所述的场效应管开关，包括三个FET管芯、三个漏源电阻和三个栅极串联电阻以及自举电容Cs2，其中，三个FET管芯分别为第四FET管芯F4、第五FET管芯F5、第六FET管芯F6；三个漏源电阻分别为第七漏源电阻R7、第八漏源电阻R8、第九漏源电阻R9；三个栅极串联电阻分别为第十栅极串联电阻R10、第十一栅极串联电阻R11、第十二栅极串联电阻R12。SW_R表示接收支路开关300的控制端。
优选地，如图11所示，该开关限幅芯片还包括第一匹配电容M_C1至第三匹配电容M_C3，第一匹配电感M_L1至第三匹配电感M_L3。
开关限幅芯片的功放端PA通过串联的第一匹配电容M_C1和第一匹配电感M_L1连接发射支路开关200的射频信号输入端，发射支路开关200的射频信号输出端通过串联的第二匹配电感M_L2和第二匹配电容M_C2连接开关限幅芯片的收发端Tx/Rx，且第二匹配电感M_L2和第二匹配电容M_C2之间的节点通过第三匹配电容M_C3接地。
开关限幅芯片的收发端Tx/Rx通过串联的第二匹配电容M_C2和第三匹配电感M_L3连接接收支路开关300的射频信号输入端，接收支路开关300的射频信号输出端连接接收支路限幅器400的大功率输入端，接收支路限幅器400的限幅输出端连接开关限幅芯片的低噪放端LNA。
本发明提供的开关限幅芯片集成了收发切换开关（包括发射支路开关200和接收支路开关300）和接收支路限幅器400，有利于降低芯片成本、提高系统集成度，同时提高系统性能。
实施例四
本发明还提供了一种射频前端系统，采用如上述任一实施方式所述的开关限幅芯片，开关限幅芯片的收发端Tx/Rx引出为系统的收发端Tx/Rx。
优选地，如图12所示，该射频前端系统还包括发射功放芯片、接收低噪放芯片和单通道收发芯片，单通道收发芯片与发射功放芯片信号连接，发射功放芯片与开关限幅芯片信号连接，开关限幅芯片与接收低噪放芯片信号连接，接收低噪放芯片与单通道收发芯片信号连接。
单通道收发芯片包括发射和接收信号公共端Com，用于系统内部发射和接收射频信号，还包括控制信号端Ctrl（控制信号端Ctrl对应一组芯片上的引脚，包括控制信号引脚和回读信号引脚），用于对单通道收发芯片内部的各模块（例如驱放、开关、移相器、衰减器等模块）进行控制。单通道收发芯片用于根据所述控制信号端输入的控制信号，对发射和接收的射频信号进行幅度和/或相位控制，并控制所述开关限幅芯片的开关状态。发射功放芯片用于对单通道收发芯片输出的射频信号进行功率放大，接收低噪放芯片用于对接收的射频信号进行低噪声放大，并提高系统的信噪比。优选地，单通道收发芯片还可以产生回读数据，并通过控制信号端Ctrl发送。相比于传统方案，该射频前端系统大大减少了芯片数量。其中，单通道收发芯片可集成三态开关、幅度控制、相位控制、发射驱放、接收驱放、电源调制及控制电路等功能。该射频前端系统既可以采用砖式或片式T/R组件进行集成，也可以使用QFN/SiP等形式进行封装，在此不再进一步限定。
综上，本发明提供了一种耐功率的场效应管开关、开关限幅芯片及射频前端系统。本发明通过引入自举电容，将传统的FET开关的接地端置于悬浮态，同时分担了射频信号造成的电压摆幅，使整个开关可以承受更大的射频功率，尤其是在一些开关控制电压受限的应用场合中，控制电压（Voff、Von）由于不能根据实际情况选择最优的电压值，只能采用系统提供的控制电压，这有可能进一步限制开关所能承受的射频功率。由于自举电容Cs可以降低FET管芯栅漏间的射频电压摆幅，因此，本发明提供的耐功率的场效应管开关可以在相同的控制电压下提供更高的耐功率水平。
本发明提供的开关限幅芯片中，发射支路开关和接收支路开关均采用耐功率的场效应管开关，在降低插入损耗的同时提高了耐功率水平。该开关限幅芯片可以与单通道收发芯片、功放芯片、低噪放芯片一起组成四芯片单通道射频前端系统，该系统适用于相控阵雷达。开关限幅芯片集成了接收支路限幅器，可以减少由于芯片互连带来的额外损耗，因此可以进一步提高系统性能。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；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：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发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种耐功率的场效应管开关，其特征在于，包括：自举电容以及至少一个FET管芯、至少一个漏源电阻、至少一个栅极串联电阻；
所述场效应管开关的射频信号输入端与射频信号输出端连接，所述射频信号输入端与射频信号输出端之间的节点通过串联的各所述漏源电阻和所述自举电容接地；每个所述FET管芯的源极、漏极分别对应连接一个所述漏源电阻的两端，每个所述FET管芯的栅极通过一个所述栅极串联电阻连接所述场效应管开关的控制端。
2.根据权利要求1所述的耐功率的场效应管开关，其特征在于：各所述FET管芯均为GaAs pHEMT管芯。
3.一种开关限幅芯片，其特征在于，包括：发射支路开关、接收支路开关和接收支路限幅器，其中，所述发射支路开关和接收支路开关均采用如权利要求1-2任一项所述的场效应管开关；
所述开关限幅芯片的功放端PA用于与发射功放芯片的输出端连接，低噪放端LNA用于与接收低噪放芯片的输入端连接，收发端Tx/Rx用于与天线端连接；所述开关限幅芯片的功放端PA通过所述发射支路开关连接收发端Tx/Rx，收发端Tx/Rx通过串联的所述接收支路开关和接收支路限幅器连接低噪放端LNA。
4.根据权利要求3所述的开关限幅芯片，其特征在于：所述接收支路限幅器采用PIN二极管作为限幅器件。
5.根据权利要求4所述的开关限幅芯片，其特征在于：所述接收支路限幅器包括第一PIN二极管D1至第六PIN二极管D6、第一电感L1至第五电感L5；
所述接收支路限幅器的大功率输入端PA1用于与所述接收支路开关连接，限幅输出端LNA2用于与接收低噪放芯片连接；第一电感L1、第三电感L3、第四电感L4、第五电感L5串联，设于所述大功率输入端PA1与所述限幅输出端LNA2之间，第一电感L1与第三电感L3之间的节点分别通过第一PIN二极管D1、第二PIN二极管D2、第二电感L2接地，第三电感L3与第四电感L4之间的节点分别通过第三PIN二极管D3、第四PIN二极管D4接地，第四电感L4与第五电感L5之间的节点分别通过第五PIN二极管D5、第六PIN二极管D6接地。
6.根据权利要求5所述的开关限幅芯片，其特征在于：还包括第一匹配电容M_C1至第三匹配电容M_C3，第一匹配电感M_L1至第三匹配电感M_L3；
所述开关限幅芯片的功放端PA通过串联的第一匹配电容M_C1和第一匹配电感M_L1连接所述发射支路开关的射频信号输入端，所述发射支路开关的射频信号输出端通过串联的第二匹配电感M_L2和第二匹配电容M_C2连接所述开关限幅芯片的收发端Tx/Rx，且第二匹配电感M_L2和第二匹配电容M_C2之间的节点通过第三匹配电容M_C3接地；
所述开关限幅芯片的收发端Tx/Rx通过串联的第二匹配电容M_C2和第三匹配电感M_L3连接所述接收支路开关的射频信号输入端，所述接收支路开关的射频信号输出端连接所述接收支路限幅器的大功率输入端，所述接收支路限幅器的限幅输出端连接所述开关限幅芯片的低噪放端LNA。
7.一种射频前端系统，其特征在于：采用如权利要求3-6任一项所述的开关限幅芯片，所述开关限幅芯片的收发端引出为系统的收发端。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：还包括发射功放芯片、接收低噪放芯片和单通道收发芯片，所述单通道收发芯片与所述发射功放芯片信号连接，所述发射功放芯片与所述开关限幅芯片信号连接，所述开关限幅芯片与所述接收低噪放芯片信号连接，所述接收低噪放芯片与所述单通道收发芯片信号连接；
所述单通道收发芯片包括发射和接收信号公共端，用于系统内部发射和接收射频信号，还包括控制信号端，用于对单通道收发芯片内部的各模块进行控制；所述单通道收发芯片用于根据所述控制信号端输入的控制信号，对发射和接收的射频信号进行幅度和/或相位控制，并控制所述开关限幅芯片的开关状态，所述发射功放芯片用于对所述单通道收发芯片输出的射频信号进行功率放大，所述接收低噪放芯片用于对接收的射频信号进行低噪声放大，并提高系统的信噪比。
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