CN114244334B - 射频开关辅助电路及射频开关系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种射频开关辅助电路及射频开关系统。该射频开关辅助电路包括：振荡电路、升压电路和MOS电容，振荡电路与升压电路电连接，用于向升压电路输出第一控制信号，升压电路具有第一电压输出端，第一电压输出端与射频开关的控制端电连接，升压电路在第一控制信号的控制下，通过第一电压输出端向射频开关的控制端输出控制电压，MOS电容的控制端与第一电压输出端电连接，MOS电容的第一端和第二端接地。解决了现有技术中射频开关的沟道宽度增大，导致射频开关切换时间增大的问题，实现了通过调节辅助电路中元器件的参数调节射频开关切换时间的效果，可大大缩短射频开关的切换时间。

Description

射频开关辅助电路及射频开关系统

技术领域

本发明涉及射频开关技术领域，特别是涉及一种射频开关辅助电路及射频开关系统。

背景技术

随着5G时代的不断发展和完善，国内市场应用于射频开关的终端射频芯片的需求越来越强烈，高性能的射频开关芯片已然成为研究的热点之一，并且对射频开关的切换时间要求越来越高。射频开关器件用于多种应用譬如无线通信系统中以选择性地传递射频(Radio Frequency,RF)信号，对于大功率RF开关器件，尺寸越大，RF开关器件的切换时间也相应的增大。

如图1所示，现有的射频开关装置可以包括用于接受激活射频开关器件Q的控制信号的控制端，射频输入端Rfin和射频输出端Rfout。可以在控制端与射频开关器件Q的栅极端之间藕接栅极电阻器Rg，在射频开关器件Q的源极和漏极之间设置导通电阻Rds。辅助电路与栅极电阻器Rg并联藕接。辅助电路包括栅极电容C和放电电阻R，辅助电路可以被支配成响应于控制信号的状态转换来提供控制端与栅极端之间的控制信号的稳态期间提供控制与栅极端之间的开路。

然而，现有的辅助电路中，场效应晶体管Qh一般具有大的栅电容值。另外具有高阻抗的栅极端口通常用于防止RF信号的泄露和插入损耗。这两个因素均增加了状态转换期间用于对栅极电容进行充电或者放电的电阻-电容(RC)时间常数，对于包括场效应晶体管Qh的开关器件，开关器件的瞬态响应一般与栅电容C的充电时间有关，因此延长了RF开关器件的瞬态响应。随着射频开关链路级数的增多，RC充放电时间将会影响射频开关的切换时间；开关器件尺寸增大，RC充放电时间增大，控制端的驱动力要求增大则射频开关的切换时间将会受到限制。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够调节射频开关切换时间的射频开关辅助电路及射频开关系统。

本发明一实施例提供一种射频开关辅助电路，所述射频开关辅助电路包括：振荡电路、升压电路和MOS电容；

所述振荡电路与所述升压电路电连接，用于向所述升压电路输出第一控制信号；

所述升压电路具有第一电压输出端，所述第一电压输出端与射频开关的控制端电连接；

所述升压电路在所述第一控制信号的控制下，通过所述第一电压输出端向所述射频开关的控制端输出控制电压；

所述MOS电容的控制端与所述第一电压输出端电连接，所述MOS电容的第一端和第二端接地。

在一种实施方式中，所述射频开关辅助电路还包括：标准电压电路；

所述标准电压电路与所述升压电路电连接，所述标准电压电路用于向所述升压电路输出标准电压；

所述升压电路在所述第一控制信号的控制下，将所述标准电压转化为控制电压，并通过所述第一电压输出端向所述射频开关的控制端输出所述控制电压。

在一种实施方式中，所述标准电压电路包括：基准电压电路和稳压电路；

所述基准电压电路与所述稳压电路电连接，所述基准电压电路接收电源电压，并将所述电源电压转化为基准电压输出到所述稳压电路；

所述稳压电路与所述升压电路电连接，用于将所述基准电压转化为所述标准电压，并将所述标准电压输出到所述升压电路。

在一种实施方式中，所述升压电路还包括第一电压输入端、第一信号输入端和第二信号输入端；

所述第一电压输入端与所述标准电压电路电连接，用于接收所述标准电压；

所述第一电压输出端用于输出所述控制电压；

所述第一信号输入端与所述第二信号输入端均与所述振荡电路电连接；

所述第一控制信号包括互为反相的第一方波信号和第二方波信号，所述第一信号输入端用于接收所述第一方波信号，所述第二信号输入端用于接收所述第二方波信号。

在一种实施方式中，所述升压电路包括：第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第一电容和第二电容；

所述第一晶体管的第一端与所述第一电压输入端电连接，所述第一晶体管的第二端与所述第一电容的第一端电连接，所述第一晶体管的控制端与所述第二电容的第一端电连接；

所述第二晶体管的第一端与所述第一电容的第一端电连接，所述第一晶体管的第二端与所述第一电压输出端电连接，所述第二晶体管的控制端与所述第二电容的第一端电连接；

所述第三晶体管的第一端与所述第一电压输入端电连接，所述第三晶体管的第二端与所述第二电容的第一端电连接，所述第三晶体管的控制端与所述第一电容的第一端电连接；

所述第四晶体管的第一端与所述第二电容的第一端电连接，所述第四晶体管的第二端与所述第一电压输出端电连接，所述第四晶体管的控制端与所述第一电容的第一端电连接；

所述第一电容的第二端与所述第一信号输入端电连接，所述第二电容的第二端与所述第二信号输入端电连接。

在一种实施方式中，所述第一晶体管的衬底端与所述第一电压输入端电连接，所述第二晶体管的衬底端与所述第一电压输出端电连接，所述第三晶体管的衬底端与所述第一电压输入端电连接，所述第四晶体管的衬底端与所述第一电压输出端电连接。

在一种实施方式中，所述第一电容和所述第二电容的电容值越大，所述升压电路的带载能力越强。

在一种实施方式中，所述振荡电路包括：第二电压输入端、第二控制信号输入端和控制信号输出端；

所述第二电压输入端与电源电连接，用于接收电源电压；

所述第二控制信号输入端用于接收第二控制信号，并在所述第二控制信号的控制下通过所述控制信号输出端向所述升压电路输出第一控制信号。

本发明另一实施例提供一种射频开关系统，所述射频开关系统包括射频开关和上述实施例所述的射频开关辅助电路，所述第一电压输出端与所述射频开关的控制端电连接。

在一种实施方式中，所述射频开关系统还包括栅极电阻，所述栅极电阻的第一端与所述第一电压输出端电连接，所述栅极电阻的第二端与所述射频开关的控制端电连接。

本发明提供的一种射频开关辅助电路及射频开关系统，通过射频开关辅助电路包括：振荡电路、升压电路和MOS电容，振荡电路与升压电路电连接，用于向升压电路输出第一控制信号，升压电路具有第一电压输出端，第一电压输出端与射频开关的控制端电连接，升压电路在第一控制信号的控制下，通过第一电压输出端向射频开关的控制端输出控制电压，MOS电容的控制端与第一电压输出端电连接，MOS电容的第一端和第二端接地。解决了现有技术中射频开关的沟道宽度增大，导致射频开关切换时间增大的问题，实现了通过调节辅助电路中元器件的参数调节射频开关切换时间的效果，可大大缩短射频开关的切换时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统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为本发明现有技术中射频开关系统的电路示意图；

图2为本发明一个实施例中射频开关系统的示意图；

图3为本发明另一个实施例中射频开关系统的示意图；

图4为本发明又一个实施例中射频开关系统的示意图；

图5为本发明一个实施例中升压电路的示意图；

图6为本发明一个实施例中振荡电路的示意图；

图7为一种实施方式射频开关切换瞬态仿真波形图；

图8为另一种实施方式射频开关切换瞬态仿真波形图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

可以理解，本发明所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

如图2所示，本发明提供一种射频开关辅助电路，该射频开关辅助电路包括振荡电路400、升压电路300和MOS电容500。振荡电路400与升压电路300电连接，用于向升压电路300输出第一控制信号，升压电路300具有第一电压输出端302，第一电压输出端302与射频开关10的控制端13电连接。升压电路在300第一控制信号的控制下，通过第一电压输出端302向射频开关10的控制端13输出控制电压。MOS电容500的控制端与第一电压输出端302电连接，MOS电容的第一端和第二端接地。

本发明的射频开关辅助电路中，升压电路300在振荡电路400输出的第一控制信号的控制下输出控制电压至射频开关10的控制端13，并且根据射频开关10的沟道宽度调节控制电压的值和升压电路300的电源效率，从而缩减射频开关10的切换时间。此外，通过设置MOS电容在第一电压输出端302存蓄能量，使得控制电压能够快速且稳定的建立，能够进一步缩减射频开关的切换时间。

在一种实施方式中，请参考图3，射频开关辅助电路还包括标准电压电路200。标准电压电路200与升压电路300电连接，标准电压电路200用于向升压电路300输出标准电压。升压电路300在第一控制信号的控制下，将标准电压转化为控制电压，并通过第一电压输出端302向射频开关10的控制端13输出控制电压。可选的，标准电压电路200还包括电源100，标准电压电路200还用于将电源电压100转化为标准电压输出到升压电路300。例如，电源电压为1.3V时，将电源电压转化为标准电压1.5V。本发明实施例中，标准电压电路200只要能为升压电路300提供电压，对电路的具体形式不做限定。

进一步的，请参考图4，标准电压电路200包括基准电压电路210和稳压电路220。基准电压电路210与稳压电路220电连接，用于接收电源电压，并将电源电压转化为基准电压输出到稳压电路220。稳压电路220与升压电路300电连接，用于将基准电压转化为标准电压，并将标准电压输出到升压电路300。

在本发明实施例中，基准电压电路210和稳压电路220均为本领域技术人员常用电路，其目的在于无论电源电压大小如何，对电源电压进行转化，产生一个稳定且固定的标准电压。

在一种实施方式中，请参考图5，升压电路300包括第一电压输入端301、第一信号输入端303和第二信号输入端304。第一电压输入端301与标准电压电路200电连接，用于接收标准电压，第一电压输出端302用于输出控制电压，第一信号输入端303与第二信号输入端304均与振荡电路400电连接。第一控制信号包括互为反相的第一方波信号和第二方波信号，振荡电路400分两路将第一方波信号和第二方波信号输送至升压电路300，升压电路300的第一信号输入端303用于接收第一方波信号，第二信号输入端304用于接收第二方波信号。升压电路300在第一方波信号与第二方波信号的控制下将标准电压转化为控制电压，并输出到射频开关10的控制端13。

可选的，振荡电路400输出第一方波信号至反相器(图中未示出)和第一信号输入端，第一方波信号经过反相器转化为第二方波信号后输入至第二信号输入端。振荡电路400可以是环形振荡电路，第一控制信号可以是方波信号，本发明在此不做限定。

请继续参考图5，在本发明实施方式中，升压电路300还包括：第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3、第四晶体管M4、第一电容C1和第二电容C2。

第一晶体管M1的第一端与第一电压输入端301电连接，第一晶体管M1的第二端与第一电容C1的第一端电连接，第一晶体管M1的控制端与第二电容C2的第一端电连接。

第二晶体管M2的第一端与第一电容C1的第一端电连接，第一晶体管M1的第二端与第一电压输出端302电连接，第二晶体管M2的控制端与第二电容C2的第一端电连接。

第三晶体管M3的第一端与第一电压输入端301电连接，第三晶体管M3的第二端与第二电容C2的第一端电连接，第三晶体管M3的控制端与第一电容C1的第一端电连接；

第四晶体管M4的第一端与第二电容C2的第一端电连接，第四晶体管M4的第二端与第一电压输出端302电连接，第四晶体管M4的控制端与第一电容C1的第一端电连接。

第一电容C1的第二端与第一信号输入端303电连接，第二电容C2的第二端与第二信号输入端304电连接。

进一步的，第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3和第四晶体管M4可以是场效应管。第一晶体管M1的第一端可以是源极，第二端可以是漏极，控制端可以是栅极；可选的，第一晶体管M1的第一端也可以是漏极，第二端可以是源极，控制端可以是栅极。第二晶体管M2、第三晶体管M3和第四晶体管M4第一端、第二端和控制端的设置与第一晶体管M1类似。

可选的，第一晶体管M1、第三晶体管M3为NMOS管，第二晶体管M2、第四晶体管M4为PMOS管。

通过与振荡电路400与耦合电容第一电容C1和第二电容C2连接，可产生高低电平交替的控制信号控制第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3和第四晶体管M4导通和断开。当振荡电路400分两路分别向第一信号输入端303和第二信号输入端304输出第一方波信号和第二方波信号，第一晶体管M1和第四晶体管M4导通时，第二晶体管M2和第三晶体管M3断开，此时第一电容C1充电，且第一电容C1充电电压为标准电压；第一晶体管M1和第四晶体管M4断开时，第二晶体管M2和第三晶体管M3导通，第一电容C1处于放电状态，第二电容C2处于充电状态。通过调整第一方波信号和第二方波信号(即第一控制信号)，在控制射频开关10正常切换的同时，也要尽量使得振荡电路400拥有较小的功耗。

进一步的，第一晶体管M1的衬底端与第一电压输入端301电连接，第二晶体管M2的衬底端与第一电压输出端302电连接，第三晶体管M3的衬底端与第一电压输入端301电连接，所述第四晶体管M4的衬底端与第一电压输出端302电连接。

此外，在本发明实施例中，在面积允许的情况下提高第一电容C1和第二电容C2的电容大小，能够提高第一电容C1和第二电容C2的存蓄的能量，能够极大的提高控制电压的输出效率从而缩减射频开关的切换时间，升压电路300的转换效率也显著提高。

在一种实施方式中，请参考图6，振荡电路400包括第二电压输入端401、第二控制信号输入端402和控制信号输出端403。第二电压输入端402与电源100电连接，用于接收电源电压。第二控制信号输入端402用于接收第二控制信号，并在所述第二控制信号的控制下通过控制信号输出端403向升压电路400输出第一控制信号。第一控制信号可以为具有高低电平的方波信号，本发明在此不做限定。

可选的，当电源100不足以为振荡电路400提供电压时，振荡电路400的第二电压输入端401可以与标准电压电路200电连接，将标准电压电路200输出的标准电压作为驱动电压。

可选的，第二控制信号输入端402可以与单片机连接，单片机通过向第二控制信号输入端402输出控制字以控制振荡电路400输出的第一控制信号。第一控制信号的频率变化范围主要由射频开关10的沟道宽度决定，沟道宽度越大则第一控制信号的频率变化范围越大。

可选的，MOS电容可以为NMOS管，MOS电容的第一端为源极，第二端为漏极；或者MOS电容的第一端为漏极，第二端为源极。

需要说明的一点是，在本发明实施例中，振荡电路400输出的第一控制信号可以调节，升压电路300中的第一电容C1和第二电容C2的大小可以调节。通过选择合适的第一控制信号的频率，可确保射频开关10正常切换的同时，振荡电路400用于较小的功耗，最终缩短射频开关10的切换时间；通过选者合适的第一电容C1和第二电容C2的大小，可确保射频开关10正常切换的同时，升压电路300拥有较大的带载能力和转换效率，最终缩短射频开关10的切换时间。例如，适当提高第一控制信号的频率、适当提高第一电容C1和第二电容C2的大小，可缩短射频开关10的切换时间。

此外，在本发明实施例中，调节MOS电容的值也可缩短射频开关10的切换时间。例如，适当提高MOS电容的值，可以缩短射频开关10的切换时间。

请参考图7，图7为一种实施方式中射频开关10切换瞬态仿真波形图，在该实施方式中，振荡电路400输出的第一控制信号频率为12MHZ，升压电路300的电容值为10pF，MOS电容的值为0pF，射频开关10的切换时间为3.5us。

请参考图8，图8为另一种实施方式中射频开关10切换瞬态仿真波形图，在该实施方式中，振荡电路400输出的第一控制信号频率为12MHZ，升压电路300的电容值为10pF，MOS电容的值为100pF，射频开关10的切换时间为1.5us。

通过图7和图8的仿真波形图可知，通过增大MOS电容的值，使得射频开关10的切换时间由3.5us缩短为1.5us，缩短了切换时间。

本发明还提供一种射频开关系统，该射频开关系统包括射频开关10和上述射频开关辅助电路。射频开关10具有射频输入端11、射频输出端12和控制端13。控制端13用于接收开关控制信号，射频开关10的射频输入端11和射频输出端12在该开关控制信号的控制下导通或关闭。

在一种实施方式中，射频开关系统还包括栅极电阻R1，栅极电阻R1的第一端与所述第一电压输出端302电连接，栅极电阻R1的第二端与射频开关10的控制端13电连接。通过调节栅极电阻R1的大小可调节射频开关10的切换时间。例如，减小栅极电阻R1的值，可以缩短射频开关10的切换时间。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本发明所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种射频开关辅助电路，其特征在于，所述射频开关辅助电路包括：振荡电路、升压电路、MOS电容和标准电压电路；

所述振荡电路与所述升压电路电连接，用于向所述升压电路输出第一控制信号；

所述升压电路具有第一电压输出端，所述第一电压输出端与射频开关的控制端电连接；

所述升压电路在所述第一控制信号的控制下，通过所述第一电压输出端向所述射频开关的控制端输出控制电压；

所述MOS电容的控制端与所述第一电压输出端电连接，所述MOS电容的第一端和第二端接地；

所述标准电压电路与所述升压电路电连接，所述标准电压电路用于向所述升压电路输出标准电压；

所述升压电路在所述第一控制信号的控制下，将所述标准电压转化为控制电压，并通过所述第一电压输出端向所述射频开关的控制端输出所述控制电压；

其中，所述升压电路还包括第一电压输入端、第一信号输入端和第二信号输入端；

所述第一电压输入端与所述标准电压电路电连接，用于接收所述标准电压；

所述第一电压输出端用于输出所述控制电压；

所述第一信号输入端与所述第二信号输入端均与所述振荡电路电连接；

所述第一控制信号包括互为反相的第一方波信号和第二方波信号，所述第一信号输入端用于接收所述第一方波信号，所述第二信号输入端用于接收所述第二方波信号；

所述升压电路包括：第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第一电容和第二电容；

所述第一晶体管的第一端与所述第一电压输入端电连接，所述第一晶体管的第二端与所述第一电容的第一端电连接，所述第一晶体管的控制端与所述第二电容的第一端电连接；

所述第二晶体管的第一端与所述第一电容的第一端电连接，所述第一晶体管的第二端与所述第一电压输出端电连接，所述第二晶体管的控制端与所述第二电容的第一端电连接；

所述第三晶体管的第一端与所述第一电压输入端电连接，所述第三晶体管的第二端与所述第二电容的第一端电连接，所述第三晶体管的控制端与所述第一电容的第一端电连接；

所述第四晶体管的第一端与所述第二电容的第一端电连接，所述第四晶体管的第二端与所述第一电压输出端电连接，所述第四晶体管的控制端与所述第一电容的第一端电连接；

所述第一电容的第二端与所述第一信号输入端电连接，所述第二电容的第二端与所述第二信号输入端电连接；

所述第一电容和所述第二电容的电容值越大，所述升压电路的带负载能力越强。

2.根据权利要求1所述的射频开关辅助电路，其特征在于，所述标准电压电路包括：基准电压电路和稳压电路；

所述基准电压电路与所述稳压电路电连接，所述基准电压电路接收电源电压，并将所述电源电压转化为基准电压输出到所述稳压电路；

所述稳压电路与所述升压电路电连接，用于将所述基准电压转化为所述标准电压，并将所述标准电压输出到所述升压电路。

3.根据权利要求1所述的射频开关辅助电路，其特征在于，所述第一晶体管的衬底端与所述第一电压输入端电连接，所述第二晶体管的衬底端与所述第一电压输出端电连接，所述第三晶体管的衬底端与所述第一电压输入端电连接，所述第四晶体管的衬底端与所述第一电压输出端电连接。

4.根据权利要求1所述的射频开关辅助电路，其特征在于，所述振荡电路包括：第二电压输入端、第二控制信号输入端和控制信号输出端；

所述第二电压输入端与电源电连接，用于接收电源电压；

所述第二控制信号输入端用于接收第二控制信号，并在所述第二控制信号的控制下通过所述控制信号输出端向所述升压电路输出第一控制信号。

5.一种射频开关系统，其特征在于，所述射频开关系统包括射频开关和权利要求1-4任一项所述的射频开关辅助电路，所述第一电压输出端与所述射频开关的控制端电连接。

6.根据权利要求5所述的射频开关系统，其特征在于，所述射频开关系统还包括栅极电阻，所述栅极电阻的第一端与所述第一电压输出端电连接，所述栅极电阻的第二端与所述射频开关的控制端电连接。

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