CN111884642B

CN111884642B - 一种单片吸收式单刀单掷开关芯片

Info

Publication number: CN111884642B
Application number: CN202010775028.8A
Authority: CN
Inventors: 原怡菲
Original assignee: Xi'an Borui Jixin Electronic Technology Co ltd
Current assignee: Borui Jixin Xi'an Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2020-08-04
Filing date: 2020-08-04
Publication date: 2021-10-26
Anticipated expiration: 2040-08-04
Also published as: CN111884642A

Abstract

本发明公开了一种单片吸收式单刀单掷开关芯片，包括晶体管M1～M3、偏置电阻R1～R7、吸收电阻R8、以及隔直电容C1～C4，通过串并联的形式实现射频通路的导通和断开。本发明能够实现单电和正压控制，具有控制端口少，结构简单，性能稳定，集成度高等优点。

Description

一种单片吸收式单刀单掷开关芯片

技术领域

本发明属于微电子、半导体、通信技术及射频开关领域，涉及一种单电正压控制的单片吸收式单刀单掷开关芯片。

背景技术

射频开关是现代通信系统的重要组成部分，广泛应用于微波通信、雷达系统、相控阵、电子战、自动测试设备等众多领域，在无线通信系统中起到信号通断以及选择传输通道的功能，开关的射频性能对整个通信系统有着决定性影响。随着新兴互联网技术的发展，人们对无线通信技术的要求越来越高，无线通信技术不断发展，小型化、低成本、高性能逐渐成为射频器件的发展趋势。所以研究单电正压控制的单片吸收式单刀单掷开关具有十分重要的价值和现实意义。

GaAs赝配高电子迁移率晶体管(pHEMT)开关具有导通损耗低、切换速度快、可靠性高等特点，在工程应用中受到广泛关注。射频开关的电路结构有串联型、并联型和串并联型。每种结构都有优缺点，应用也各有侧重。其中，串并联型开关结合了串联型开关和并联型开关的优点，可以在相对较宽的工作带宽内保持较低插损，较满意的隔离度，故大部分开关采用此结构。但是GaAs pHEMT开关大多为耗尽型，需要使用负电压控制。在具体的工程应用中，通常是提供正电压容易，提供负电压困难，这样使负电控制的开关应用就受到限制。同时，常用的串并联型开关需要两个互补控制电压，想要单电控制，通常需要再加一位数字驱动器，将一位输入控制电平Vctl转换为一对互补输出的控制电平，通过改变Vctl实现对开关的切换。加入数字驱动器，增加了整个开关电路的设计复杂度，一旦数字部分出现问题，整个开关功能将不能实现。如图1所示，为传统串并联型吸收式单刀单掷开关电路结构示意图。

发明内容

本发明提供一种单片吸收式单刀单掷开关芯片，能够同时实现单电和正压控制，减少了控制端口，结构简单，性能稳定，且集成度高。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：提供一种单片吸收式单刀单掷开关芯片，包括晶体管M1～M3、偏置电阻R1～R7、吸收电阻R8、以及隔直电容C1～C4；

所述晶体管M1的漏端与偏置电阻R1和隔直电容C1的一端连接，所述隔直电容C1的另一端与射频信号输入端RFin连接，所述晶体管M1的源端与偏置电阻R3和吸收电阻R8一端、隔直电容C3一端以及晶体管M2的漏端连接，所述晶体管M1的栅端与偏置电阻R2的一端连接；所述偏置电阻R1和R3的另一端均与供电端VDD连接；

所述晶体管M2的源端与吸收电阻R8的另一端、隔直电容C2的一端连接，所述隔直电容C2的另一端与射频信号输出端RFout连接，所述晶体管M2的栅端与偏置电阻R4的一端连接；

所述晶体管M3的漏端与隔直电容C3的另一端和偏置电阻R5的一端连接，所述晶体管M3的源端与隔直电容C4的一端和偏置电阻R6的一端连接，所述晶体管M3的栅端与偏置电阻R7的一端连接，所述偏置电阻R7的另一端与隔直电容C4的另一端连接且接地；

所述偏置电阻R2、R4、R5、R6的另一端相互连接且与控制端Vctl连接。

优选的，所述晶体管M1～M3均为耗尽型晶体管。

优选的，所述晶体管M1～M3的开启与关闭由夹断电压Vp和栅源电压Vgs决定；

当Vgs＞Vp时，晶体管开启；

当Vgs≤Vp时，晶体管关断。

进一步地，当晶体管M1、M2开启，晶体管M3关闭时，射频通路导通。

进一步地，当晶体管M1、M2关闭，晶体管M3开启时，射频通路断开。

进一步地，当射频通路断开时，射频输出端RFout依次通过吸收电阻R8和晶体管M3接地，从而实现射频信号的吸收。

进一步地，所述夹断电压Vp为负值。

进一步地，所述吸收电阻R8为50Ω。

本发明的有益效果：本发明对传统的串并联型吸收式单刀单掷开关结构进行改进，增加了偏置电阻R1、R3、R5、R6，和隔直电容C3、C4。减少了一路并联晶体管M4，将吸收电阻R8与串联支路上的晶体管M2并联，同时，将并联支路上的晶体管M3反向偏置，简化电路结构，同时实现正电控制和单个控制位控制。所述开关芯片性能稳定，面积小，集成度高。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

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获得其他的附图。

图1为传统串并联型吸收式单刀单掷开关电路结构示意图。

图2为本发明的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

本发明提供一种单片吸收式单刀单掷开关芯片，包括晶体管M1～M3、偏置电阻R1～R7、吸收电阻R8、以及隔直电容C1～C4；

可以理解，在本发明的技术方案中，晶体管M1～M3作为开关管，能够控制射频通路的开启与关闭。

可以理解，在本发明的技术方案中，偏置电压R1～R7，用来提供直流和射频间的隔离，防止射频信号泄露。

可以理解，在本发明的技术方案中，隔直电容C1～C4，用来提供直流和射频间的隔离，同时确保晶体管M1～M3的直流电压工作在合适的范围内，以实现晶体管的正常开关。

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细的说明，如图2所示。

可选的，在本发明的技术方案中，所述晶体管M1～M3均为耗尽型晶体管。

进一步地，在本发明的技术方案中，晶体管M1～M3的开启与关闭的，是由夹断电压Vp和栅源电压Vgs决定；

当Vgs＞Vp时，晶体管开启；

当Vgs≤Vp时，晶体管关断。

进一步的，晶体管M1～M3的夹断电压Vp为负值。

可以理解，在本发明提供的技术方案中，若射频通路导通，则晶体管M1、M2开启，晶体管M3关闭。射频通路导通的方法如下：

当供电电压VDD为5V，控制端电压Vctl为5V时，则晶体管M1和M2的栅源电压Vgs为正值，晶体管正向导通。对于晶体管M3而言，其栅极是通过偏置电阻R7接地，源极和漏极通过偏置电阻R5和R6与控制端Vctl连接，那么此时的晶体管M3的栅源电压为－5V，远小于夹断电压Vp，晶体管M3关断。又在并联支路上加入隔直电容C3、C4，在提供直流和射频隔离的同时，确保晶体管M3的静态工作正常，以实现晶体管的正常开关。此时，射频开关导通，射频信号顺利从射频信号输入端RFin传输到射频信号输出端RFout。

可以理解，在本发明提供的技术方案中，射频通路断开时，则晶体管M1、M2关闭，晶体管M3开启。射频通路断开的方法如下：

当供电电压VDD为5V，控制端电压Vctl为0V时，则晶体管M1和M2的栅源电压Vgs为－5V，晶体管M1和M2关断，等效为大电阻。晶体管M3的栅源电压为0V＞Vp(负值)，晶体管M3导通。又晶体管M2和吸收电阻R8并联，二者的等效电阻约为R8的阻值(吸收电阻R8取值为50Ω)，晶体管M3导通到地。射频输出端RFout通过内接吸收电阻R8和晶体管M3到地，实现射频信号吸收。

进一步地，在本发明的技术方案中，所述吸收电阻R8主要是为了导通射频输出端RFout通过内接吸收电阻R8，通过晶体管M3到地，实现射频信号吸收。

本发明对传统的串并联型吸收式单刀单掷开关结构(如图1所示)进行改进，增加了偏置电阻R1、R3、R5、R6，和隔直电容C3、C4。减少了一路并联晶体管M4，将吸收电阻R8与串联支路上的晶体管M2并联，同时，将并联支路上的晶体管M3反向偏置，简化电路结构，同时实现正电控制和单个控制位控制。所述开关芯片性能稳定，面积小，集成度高。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims

1.一种单片吸收式单刀单掷开关芯片，其特征在于，包括晶体管M1～M3、偏置电阻R1～R7、吸收电阻R8、以及隔直电容C1～C4；

所述晶体管M1～M3均为耗尽型晶体管，其开启与关闭由夹断电压Vp和栅源电压Vgs决定，其中，夹断电压Vp为负值；

所述晶体管M1的漏端与偏置电阻R1和隔直电容C1的一端连接，所述隔直电容C1的另一端与射频信号输入端连接，所述晶体管M1的源端与偏置电阻R3和吸收电阻R8一端、隔直电容C3一端以及晶体管M2的漏端连接，所述晶体管M1的栅端与偏置电阻R2的一端连接；所述偏置电阻R1和R3的另一端均与供电端连接；

所述晶体管M2的源端与吸收电阻R8的另一端、隔直电容C2的一端连接，所述隔直电容C2的另一端与射频信号输出端连接，所述晶体管M2的栅端与偏置电阻R4的一端连接；

所述偏置电阻R2、R4、R5、R6的另一端相互连接且与控制端连接。

2.如权利要求1所述的一种单片吸收式单刀单掷开关芯片，其特征在于，所述晶体管M1～M3的开启与关闭的具体实现方式为：

当Vgs＞Vp时，晶体管开启；

当Vgs≤Vp时，晶体管关断。

3.如权利要求2所述的一种单片吸收式单刀单掷开关芯片，其特征在于，当晶体管M1、M2开启，晶体管M3关闭时，射频通路导通。

4.如权利要求2所述的一种单片吸收式单刀单掷开关芯片，其特征在于，晶体管M1、M2关闭，晶体管M3开启时，射频通路断开。

5.如权利要求4所述的一种单片吸收式单刀单掷开关芯片，其特征在于，当射频通路断开时，射频输出端依次通过吸收电阻R8和晶体管M3接地。

6.如权利要求1所述的一种单片吸收式单刀单掷开关芯片，其特征在于，所述吸收电阻R8为50Ω。