CN115395937A - 一种具有高耐受功率的射频开关电路、芯片及其电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有高耐受功率的射频开关电路、芯片及其电子设备。该射频开关电路由多级开关晶体管单元串联组成；在每级开关晶体管单元中，第一晶体管的体极与第二晶体管的源极、体极连接在一起；第一晶体管的漏极与前一级开关晶体管单元的输出端连接；第一晶体管的源极一方面与第二晶体管的栅极连接，另一方面与后一级开关晶体管单元中的第一晶体管的漏极连接；通路电阻设置在第一晶体管的漏极与源极之间。本发明所提供的射频开关电路，改善了电压摆幅在各级开关晶体管层叠链中分布不均匀的现象，从而使得射频开关电路的非线性问题得到改善，插入损耗减小，平均耐受功率得到明显提高。

Description

一种具有高耐受功率的射频开关电路、芯片及其电子设备
技术领域
本发明涉及一种具有高耐受功率的射频开关电路，同时也涉及包括该射频开关电路的芯片及相应的电子设备，属于射频电路技术领域。
背景技术
在通信技术领域中，射频开关电路作为射频前端模块中的重要组成部分之一，其作用是准确切换和控制射频信号的传输路径，选通相应的射频通路，在无线通信系统共用天线的情况下，实现射频信号的接收/发射。
通常，第五代(5G)通信系统的通信质量主要取决于射频开关电路的插入损耗和耐受功率这两个性能指标。也就是说，射频开关电路的平均耐受功率越高、插入损耗越低，则通信系统的信号质量越好。在射频前端模块中，特别是当射频开关电路被用作天线调谐的情况下，会承受更高的电压和功率。因此，要求射频开关电路具有更高的平均耐受功率。
在专利号为ZL 201721788522.8的中国实用新型中，公开了一种射频开关。该射频开关中的衬底通过一个大电阻与接地端相连，这样就阻止了交流信号泄放到地，即将衬底的交流电位悬浮，提高了射频开关的正向通路和反向通路的耐压，也提高了射频开关的最大耐受功率。另外，在专利号为ZL 201721788521.3的中国实用新型中，公开了一种射频开关，其中不设置阱区，而是将衬底与一个负电压相连，这样可以大幅降低射频开关所占的芯片面积，同时也能保证耐受功率能力仍旧能达到中小功率开关的要求。
发明内容
本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种具有高耐受功率的射频开关电路。
本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种包括上述射频开关电路的芯片及相应的电子设备。
为了实现上述目的，本发明采用下述的技术方案：
根据本发明实施例的第一方面，提供一种具有高耐受功率的射频开关电路，由多级开关晶体管单元串联组成；每级开关晶体管单元均包括第一晶体管、第二晶体管，以及第一偏置电阻、第二偏置电阻、通路电阻；其中，
所述第一晶体管的体极与所述第二晶体管的源极、体极连接在一起，所述第二晶体管的漏极接入由各级开关晶体管单元中的第一偏置电阻依次串联组成的第一通路；
所述第一晶体管的漏极与前一级开关晶体管单元的输出端连接；所述第一晶体管的源极一方面与所述第二晶体管的栅极连接，另一方面与后一级开关晶体管单元中的第一晶体管的漏极连接；所述通路电阻设置在所述第一晶体管的漏极与源极之间；
所述第一晶体管的栅极接入由各级开关晶体管单元中的第二偏置电阻依次串联组成的第二通路；
所述第一通路的末端与所述第二通路的末端连接栅极偏置电压。
根据本发明实施例的第二方面，提供一种具有高耐受功率的射频开关电路，由多级开关晶体管单元串联组成；每级开关晶体管单元均包括第一晶体管、第二晶体管，以及第一偏置电阻、第二偏置电阻、通路电阻；其中，
所述第一晶体管的体极与所述第二晶体管的源极、体极连接在一起，所述第一晶体管的栅极接入由各级开关晶体管单元中的第一偏置电阻依次串联组成的第一通路；
所述第一晶体管的漏极与前一级开关晶体管单元的输出端连接；所述第一晶体管的源极一方面与所述第二晶体管的栅极连接，另一方面与后一级开关晶体管单元中的第一晶体管的漏极连接；所述通路电阻设置在所述第一晶体管的漏极与源极之间；
所述第二晶体管的漏极接入由各级开关晶体管单元中的第二偏置电阻依次串联组成的第二通路；
所述第一通路的末端与所述第二通路的末端连接栅极偏置电压。
其中较优地，在奇数级开关晶体管单元中，所述第一晶体管的栅极接入由各级开关晶体管单元中的第二偏置电阻依次串联组成的第二通路，所述第二晶体管的漏极接入由各级开关晶体管单元中的第一偏置电阻依次串联组成的第一通路；在偶数级开关晶体管单元中，所述第一晶体管的栅极接入由各级开关晶体管单元中的第一偏置电阻依次串联组成的第一通路，所述第二晶体管的漏极接入由各级开关晶体管单元中的第二偏置电阻依次串联组成的第二通路；或者，
在奇数级开关晶体管单元中，所述第一晶体管的栅极接入由各级开关晶体管单元中的第一偏置电阻依次串联组成的第一通路，所述第二晶体管的漏极接入由各级开关晶体管单元中的第二偏置电阻依次串联组成的第二通路；在偶数级开关晶体管单元中，所述第一晶体管的栅极接入由各级开关晶体管单元中的第二偏置电阻依次串联组成的第二通路，所述第二晶体管的漏极接入由各级开关晶体管单元中的第一偏置电阻依次串联组成的第一通路。
其中较优地，在多级开关晶体管单元的首级中，所述第一晶体管的漏极与所述射频开关电路的信号输入端以及电容连接，所述电容的另一端与第二晶体管的漏极连接。
其中较优地，每级开关晶体管单元的输出端是该级开关晶体管单元中的第一晶体管的源极。
其中较优地，每级开关晶体管单元中，所述第一晶体管的源极与所述第二晶体管的栅极连接。
其中较优地，当所述射频开关电路处于导通状态时，各级开关晶体管单元中的第一晶体管的栅极电压及体极电压分别等于漏极电压和源极电压之和的一半。
其中较优地，当所述射频开关电路处于关断状态时，各级开关晶体管单元中的第一晶体管的体极直流电压均为所述栅极偏置电压。
根据本发明实施例的第三方面，提供一种集成电路芯片，该集成电路芯片中包括有上述的射频开关电路。
根据本发明实施例的第四方面，提供一种电子设备，该电子设备中包括有上述的射频开关电路。
与现有技术相比较，本发明所提供的具有高耐受功率的射频开关电路，一方面采用各级开关晶体管的栅极与串联电阻组成的偏置电路连接的技术方案；另一方面采用各级开关晶体管的体极通过晶体管与串联电阻组成的偏置电路连接的技术方案，有效地改善了电压摆幅在各级开关晶体管层叠链中分布不均匀的现象，从而使得射频开关电路的非线性问题得到改善，插入损耗减小，平均耐受功率得到明显提高。因此，本发明所提供的具有高耐受功率的射频开关电路具有结构设计巧妙、生产成本较低，芯片尺寸较小，以及工作性能优异等有益效果。
附图说明
图1为现有技术中，一个典型的射频开关电路的电路原理图；
图2为本发明的一个实施例中，具有高耐受功率的射频开关电路的电路原理图；
图3为本发明中，射频开关电路的插入损耗的仿真测试对比图；
图4为本发明中，射频开关电路的隔离度的仿真测试对比图；
图5为本发明中，射频开关电路的二阶谐波的仿真测试对比图；
图6为本发明中，射频开关电路的三阶谐波的仿真测试对比图；
图7为本发明中，射频开关电路在输入功率为48dBm时，第一晶体管的漏极与源极之间的电压差的对比图。
图8为采用本发明提供的射频开关电路的电子设备的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
为了更加清楚地说明本发明的技术方案，发明人在此首先对现有技术中，一个典型的射频开关电路所存在的问题进行详细分析。
在现有技术中，提高射频开关电路的平均耐受功率的方法一般为晶体管堆叠法。该方法中，射频开关电路由多个开关晶体管串联形成。其典型电路如图1所示，射频开关电路由开关晶体管M1、M2……及Mn(n为正整数，并且n≥3)串联形成，其中，开关晶体管M1的漏极连接射频开关电路的信号输入端RFin，开关晶体管Mn的源极连接射频开关电路的信号输出端RFout。栅极偏置电压Vg通过各栅极偏置电阻RG分别与各开关晶体管的栅极连接，体极偏置电压Vb通过各体极偏置电阻RB分别与各开关晶体管的体极连接，各开关晶体管的漏极与源极之间分别并联一个通路电阻Rds。该射频开关电路虽然可以提高平均耐受功率，但仍然存在两方面的问题：一方面，射频开关电路的电压摆幅(Voltage Swing)在开关晶体管层叠链中分布不均匀，从而导致射频开关电路的平均耐受功率的提高受到限制；另一方面，射频开关电路中堆叠的开关晶体管数量的增加会造成插入损耗的增大，以及射频开关电路所占用芯片面积的增加。
如图1所示，当射频开关电路处于关断状态时，由于元器件性能差异及电路结构等方面的原因，串联的各级晶体管的源极和漏极之间的电压差往往会出现分布不均匀的现象，并且随着输入射频信号的功率的增加，各级晶体管的漏极或源极与体极之间的电压差会逐渐增加。
具体地说，一方面，当晶体管的漏极电压VD升高，开始大于0并且达到一定值时，会造成漏极与体极之间的反向PN结产生直流电流，该直流电流会在体极偏置电阻RB上产生电压降，从而提高了体极电压VB。当晶体管的体极与源极之间的电压差升高并且达到一定值后，会将体极与源极之间的PN结导通，从而使得射频开关电路急剧产生大量谐波，形成严重的非线性现象，明显降低射频开关电路的平均耐受功率。
另一方面，当晶体管的漏极电压VD降低，开始小于0并且达到一定值时，会造成源极与体极之间的反向PN结产生直流电流。该直流电流会在体极偏置电阻RB上产生电压降，从而提高了体极电压VB。当晶体管的体极与漏极之间的电压差升高达到一定值后，会将体极与漏极之间的PN结导通，从而使得射频开关电路急剧产生大量谐波，也形成严重的非线性现象，明显降低射频开关电路的平均耐受功率。
由此可见，图1所示的采用晶体管堆叠法的射频开关电路，由于晶体管栅极直流电流iG和体极直流电流iB的存在，会造成射频开关电路的电压摆幅在开关晶体管层叠链中的分布不均匀，从而导致射频开关电路的非线性现象增加、平均耐受功率降低。
为了解决上述射频开关电路所存在的问题，本发明实施例提供了一种具有高耐受功率的射频开关电路。该射频开关电路由n级(n为正整数，并且n≥3)开关晶体管单元串联组成，包括第一级开关晶体管单元(即首级开关晶体管单元，图2中所示为第1单元)、n－2个中间级开关晶体管单元(图2中所示为第2单元、第3单元……第n－1单元)和第n级开关晶体管单元(即末级开关晶体管单元，图2中所示为第n单元)。其中，第一级开关晶体管单元的输入端与射频开关电路的信号输入端RFin连接，第一级开关晶体管单元的输出端与n－2个中间级开关晶体管单元中的首级单元的输入端连接。在n－2个中间级开关晶体管单元中，各个单元之间相互串联，……依此类推。第n－1个中间级开关晶体管单元的输出端与第n级(即末级)开关晶体管单元的输入端连接，第n级开关晶体管单元的输出端与射频开关电路的信号输出端RFout连接。
如图2所示，第一级开关晶体管单元、n－2个中间级开关晶体管单元和第n级开关晶体管单元的电路结构基本相同，均包括第一晶体管、第二晶体管，以及第一偏置电阻、第二偏置电阻、通路电阻。需要说明的是，本发明各实施例中所说的晶体管优选为NMOS晶体管，但也可以是PMOS晶体管。
在本发明的第一实施例中，每级开关晶体管单元中的第一晶体管的体极与第二晶体管的源极、体极连接在一起，第二晶体管的漏极接入由各级开关晶体管单元中的第一偏置电阻依次串联组成的通路B，通路B的末端连接栅极偏置电压Vg。第一晶体管的漏极与前一级开关晶体管单元的输出端(即该级开关晶体管单元中的第一晶体管的源极)连接；第一晶体管的源极一方面与第二晶体管的栅极连接，另一方面与后一级开关晶体管单元中的第一晶体管的漏极连接。另一方面，第一晶体管的栅极接入由各级开关晶体管单元中的第二偏置电阻依次串联组成的通路A。通路A的末端与通路A的末端一起，共同连接栅极偏置电压Vg。通路电阻设置在第一晶体管的漏极与源极(同时也是第二晶体管的栅极)之间。
在本发明的第二实施例中，第一晶体管的体极与第二晶体管的源极、体极连接在一起，第二晶体管的漏极接入由各级开关晶体管单元中的第二偏置电阻依次串联组成的通路A，通路A的末端连接栅极偏置电压Vg。第一晶体管的漏极与前一级开关晶体管单元的输出端(即该级开关晶体管单元中的第一晶体管的源极)连接；第一晶体管的源极一方面与第二晶体管的栅极连接，另一方面与后一级开关晶体管单元中的第一晶体管的漏极连接。另一方面，第一晶体管的栅极接入由各级开关晶体管单元中的第一偏置电阻依次串联组成的通路B。通路A的末端与通路A的末端一起，共同连接栅极偏置电压Vg。通路电阻设置在第一晶体管的漏极与源极(同时也是第二晶体管的栅极)之间。
需要说明的是，在本发明的其它实施例中，上述第一实施例所提供的开关晶体管单元的电路结构与第二实施例所提供的开关晶体管单元的电路结构可以交错设置，即奇数级开关晶体管单元的第一晶体管的栅极均接入由各级开关晶体管单元中的第一偏置电阻依次串联组成的通路B；偶数级开关晶体管单元的第一晶体管的栅极均接入由各级开关晶体管单元中的第二偏置电阻依次串联组成的通路A，通路A的末端和通路B的末端共同连接栅极偏置电压Vg。或者，奇数级开关晶体管单元的第一晶体管的栅极均接入由各级开关晶体管单元中的第二偏置电阻依次串联组成的通路A；偶数级开关晶体管单元的第一晶体管的栅极均接入由各级开关晶体管单元中的第一偏置电阻依次串联组成的通路B，通路A的末端和通路B的末端共同连接栅极偏置电压Vg。
下面，分别以第一级(即首级)开关晶体管单元、中间级开关晶体管单元和第n级(即末级)开关晶体管单元为例，对它们的具体电路结构进行说明：
如图2所示，在第一级(即首级)开关晶体管单元中，包括第一晶体管M1、第二晶体管M1a，以及第一偏置电阻R1b、第二偏置电阻R1a、通路电阻Rds1，以及电容C1。其中，第一晶体管M1的栅极与第一偏置电阻R1b连接，第一偏置电阻R1b的另一端与中间级开关晶体管单元中的第一偏置电阻R2b以及第二晶体管M2b的漏极连接。第一晶体管M1的漏极与射频开关电路的信号输入端RFin以及电容C1连接。第一晶体管M1的源极一方面与第二晶体管M1a的栅极连接，另一方面与中间级开关晶体管单元中的第一晶体管M2的漏极连接。通路电阻Rds1的两端分别与第一晶体管M1的漏极和源极连接。第一晶体管M1的体极与第二晶体管M1a的源极连接。第二晶体管M1a的源极和体极直接连接，第二晶体管M1a的漏极与第二偏置电阻R1a及电容C1的另一端连接。第二偏置电阻R1a的另一端与中间级开关晶体管单元中的第一晶体管M2的栅极以及第二偏置电阻R2a连接。
又如图2所示，由于n－2个中间级开关晶体管单元的电路结构基本相同，因此，这里以第i级(i为大于1小于n的正整数)中间级开关晶体管单元为例进行具体说明。假设i为偶数。第i级中间级开关晶体管单元包括第一晶体管Mi、第二晶体管Mib，以及第一偏置电阻Rib、第二偏置电阻Ria、通路电阻Rdsi。其中，第一晶体管Mi的栅极一方面与第二偏置电阻Ria连接，另一方面与前一级(即第i－1级)开关晶体管单元中的第二偏置电阻R(i－1)a连接。第二偏置电阻Ria的另一端分别与后一级(即第i+1级)开关晶体管单元中的第二偏置电阻R(i+1)a以及第二晶体管M(i+1)a的漏极连接。第一晶体管Mi的漏极与前一级(即第i－1级)开关晶体管单元中的第一晶体管M(i－1)的源极以及第二晶体管M(i－1)a的栅极连接。第一晶体管Mi的源极一方面与第二晶体管Mib的栅极连接，另一方面与后一级(即第i+1级)开关晶体管单元中的第一晶体管M(i+1)的漏极连接。通路电阻Rdsi的两端分别与第一晶体管Mi的漏极和源极连接。第一晶体管Mi的体极与第二晶体管Mib的源极连接。第二晶体管Mib的源极和体极直接短接，第二晶体管Mib的漏极一方面与第一偏置电阻Rib连接，另一方面与前一级(即第i－1级)开关晶体管单元中的第一偏置电阻R(i－1)b连接。第一偏置电阻Rib的另一端与后一级(即第i+1级)开关晶体管单元中的第一晶体管M(i+1)的栅极以及第一偏置电阻R(i+1)b连接。
再如图2所示，在第n级(即末级)开关晶体管单元中，包括第一晶体管Mn、第二晶体管Mnb，以及第一偏置电阻Rnb、第二偏置电阻Rna、通路电阻Rdsn。其中，第一晶体管Mn的栅极一方面与第二偏置电阻Rna连接，另一方面与前一级(即第n－1级)开关晶体管单元中的第二偏置电阻R(n－1)a连接。第二偏置电阻Rna的另一端与第一偏置电阻Rnb连接后，共同与栅极偏置电压Vg连接。第一晶体管Mn的漏极与前一级(即第n－1级)开关晶体管单元中的第一晶体管M(n－1)的源极以及第二晶体管M(n－1)a的栅极连接。第一晶体管Mn的源极一方面与第二晶体管Mnb的栅极连接，另一方面与射频开关电路的信号输出端RFout连接。通路电阻Rdsn的两端分别与第一晶体管Mn的漏极和源极连接。第一晶体管Mn的体极与第二晶体管Mnb的源极连接。第二晶体管Mnb的源极和体极直接短接，第二晶体管Mnb的漏极一方面与第一偏置电阻Rnb的另一端连接，另一方面与前一级(即第n－1级)开关晶体管单元的第一偏置电阻R(n－1)b连接。
从上述电路结构的具体描述可以看出，首级开关晶体管单元中除了在第一晶体管的漏极与第二晶体管的漏极之间连接电容C1之外，其它部分的电路结构也与中间级开关晶体管单元和末级开关晶体管单元基本上是一致的。
下面，对本发明实施例提供的具有高耐受功率的射频开关电路的工作原理进行详细的分析说明。
当射频开关电路处于导通状态时，各级开关晶体管单元中的第一晶体管M1、M2、M3……Mn均处于导通状态。此时，假设n为偶数，由于奇数级开关晶体管单元中的第一晶体管M1、M3、M5……Mn－1的栅极均接入由各级开关晶体管单元中的第一偏置电阻依次串联组成的通路B，以及偶数级开关晶体管单元中的第一晶体管M2、M4、M6……Mn的栅极均接入由各级开关晶体管单元中的第二偏置电阻依次串联组成的通路A，并且通路B的末端和通路A末端共同连接栅极偏置电压Vg。
因此，各级开关晶体管单元中的第一晶体管M1、M2、M3……Mn的栅极电压均为栅极偏置电压Vg，并且，此时栅极偏置电压Vg为正值。各级开关晶体管单元中的第一晶体管M1、M2、M3……Mn的漏极和源极的直流电压均为0。同时，各级开关晶体管单元中的第二晶体管M1a、M2b、M3a、M4b……Mnb的栅极的直流电压均为0。由于奇数级开关晶体管单元的第二晶体管M1a、M3a、M5a……Mn－1a的漏极均与通路A连接，偶数级开关晶体管单元的第二晶体管M2b、M4b、M6b……Mnb的漏极均与通路B连接，因此，各级开关晶体管单元中的第二晶体管M1a、M2b、M3a、M4b……Mnb的漏极的直流电压均为栅极偏置电压Vg，并且，栅极偏置电压Vg为正值。因此，各级开关晶体管单元中的第二晶体管M1a、M2b、M3a、M4b……Mnb处于关断状态。从而使得各级开关晶体管单元中的第一晶体管M1、M2、M3……Mn的体极均处于悬空状态。因此，不会出现由于体极直流电压升高而造成的体极与源漏极之间的PN结导通，进而使各级开关晶体管单元中的第一晶体管M1、M2、M3……Mn的栅极的直流电压降低而造成导通电阻变大，避免了由于导通电阻变大而引起的插入损耗的增加。
当射频开关电路处于关断状态时，各级开关晶体管单元中的第一晶体管M1、M2、M3……Mn处于关断状态。各级开关晶体管单元中的第一晶体管M1、M2、M3……Mn的栅极电压均为栅极偏置电压Vg，并且，此时栅极偏置电压Vg为负值。各级开关晶体管单元中的第一晶体管M1、M2、M3……Mn的漏极和源极的直流电压均为0。同时，即各级开关晶体管单元中的第二晶体管M1a、M2b、M3a、M4b……Mnb的栅极的直流电压均为0。各级开关晶体管单元中的第二晶体管M1a、M2b、M3a、M4b……Mnb的漏极直流电压均为栅极偏置电压Vg，并且，栅极偏置电压Vg为负值。因此，各级开关晶体管单元中的第二晶体管M1a、M2b、M3a、M4b……Mnb处于导通状态，从而使得各级开关晶体管单元中的第一晶体管M1、M2、M3……Mn的体极直流电压均为栅极偏置电压Vg。
需要说明的是，当n为奇数时，各级开关晶体管单元的工作状态类似，在此就不详细说明了。
在本发明的一个实施例中，各级开关晶体管单元中的第一偏置电阻的阻值相等，并且设置为千欧姆级别；各级开关晶体管单元中的第二偏置电阻的阻值也相等，并且设置为千欧姆级别。相应地，电容的容值设置为fF级别。当射频开关电路的信号输入端RFin输入射频信号时，可以使得各级开关晶体管单元中的第一晶体管M1、M2、M3……Mn的栅极和体极的交流电压近似相等。同时，由于各级开关晶体管单元中的第一晶体管M1、M2、M3……Mn的栅极与漏极、栅极与源极的寄生电容可以认为分别相等。因此，各级开关晶体管单元中的第一晶体管M1、M2、M3……Mn的栅极电压及体极电压分别等于漏极电压和源极电压之和的一半。
下面，以图2中的第一单元和第二单元为例，节点11和节点12处的交流电压计算如下：
V11＝V2＝Vg+(V1+V3)/2 (1)
V12＝V4＝Vg+(V3+V5)/2 (2)
其中，V11为第一晶体管M1的栅极(即节点11)的交流电压；V2为第一晶体管M1的体极(即节点2)的交流电压；V1为第一晶体管M1的漏极(即节点1)的交流电压；V3为第一晶体管M1的源极(即节点3)及第一晶体管M2的漏极(即节点3)的交流电压；V12为第二晶体管M2b的漏极(即节点12)的交流电压；V4为第一晶体管M2的体极(即节点4)及第二晶体管M2b的源极(即节点4)的交流电压；V5为第一晶体管M2的源极的交流电压；Vg为栅极偏置电压。
此时，第一偏置电阻R1b上的交流电流iR1b计算如下：
iR1b＝(V11－V12)/R1b (3)
其中，R1b为第一偏置电阻R1b的电阻值。
根据公式1和公式2，公式3可以表示为：
iR1b＝(V1－V5)/2 R1b (4)
在公式4中，(V1-V5)为第一晶体管M1的漏极与第一晶体管M2的源极之间的电压差。通常，晶体管在正常工作时，晶体管的漏极和源极之间的电压差很小，一般不超过4V。根据公式4可知，第一偏置电阻R1b上的交流电流iR1b<4/R1b。同理可知，各级开关晶体管单元中的所有第一偏置电阻和所有第二偏置电阻，每个偏置电阻上的交流电流均小于该电压差除以该电阻自身的电阻值。并且，各级开关晶体管单元中的第一偏置电阻分别依次串联组成通路B与栅极偏置电压Vg连接，各级开关晶体管单元中的第二偏置电阻分别依次串联组成通路A与栅极偏置电压Vg连接。
因此，在本发明实施例所提供的射频开关电路中，各级开关晶体管单元中的第一晶体管的栅极和体极的泄漏电流明显减小，从而流过各级开关晶体管单元中的第一晶体管M1、M2、M3……Mn的电流的比例增加。从正面来说，各级开关晶体管单元中的第一晶体管M1、M2、M3……Mn的电压分布不均衡的现象得到改善；从反面来讲，各级开关晶体管单元中的第一晶体管M1、M2、M3……Mn只有在更高的射频输入功率下，才有可能会出现体极的直流电压升高的现象。因此，本发明实施例所提供的射频开关电路有效改善了开关晶体管的非线性问题，提高了射频开关电路的平均耐受功率。
需要说明的是，本发明中的各个实施例或变形例均采用相关的方式描述，各个实施例或变形例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例或变形例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，但它们都是基于射频开关电路的工作原理实现的，在此就不一一赘述了。
为了验证本发明实施例所提供的射频开关电路的优异性能，发明人对图1所示的现有技术方案与图2所示的本发明实施例所提供的技术方案进行了多项对比仿真测试。
图3所示为射频开关电路的插入损耗的仿真测试结果，其中横坐标为射频信号的频率，纵坐标为插入损耗。从图3中可以看出，在频率0.1GHz～6GHz范围内，本发明实施例所提供的射频开关电路的插入损耗，都非常明显地优于现在技术方案的插入损耗。
图4所示为射频开关电路的隔离度的仿真测试结果，其中横坐标为射频信号的频率，纵坐标为隔离度。从图4中可以看出，在频率0.1GHz～6GHz范围内，本发明实施例所提供的射频开关电路的隔离度与现有技术方案中的射频开关电路的隔离度非常接近，基本不发生变化。
图5所示为射频开关电路的二阶谐波的仿真测试结果，其中横坐标为射频功率，纵坐标为二阶谐波值。从图5中可以看出，当输入射频功率达到某个功率值后，现有技术方案中的射频开关电路中发生谐波突变，非线性急剧变差。而本发明实施例所提供的射频开关电路，同样在此输入功率值下，谐波特性仍然处于线性增长的范围内。
图6所示为射频开关电路的三阶谐波的仿真测试结果，其中横坐标为射频功率，纵坐标为三阶谐波值。从图6中可以看出，当输入射频功率达到某个功率值后，现有技术方案中的射频开关电路中发生谐波突变，非线性急剧变差。而本发明实施例所提供的射频开关电路，同样在此输入功率值下，谐波特性仍然处于线性增长的范围内。
图7所示为射频开关电路在输入功率为48dBm时，第一晶体管的漏极与源极之间的电压差的对比图。其中，横坐标为各级开关晶体管单元中的第一晶体管M1、M2、M3……M28，纵坐标为第一晶体管的漏极与源极之间的电压差。从图7中可以看出，现有技术方案中的射频开关电路中，电压摆幅在开关晶体管层叠链中的分布非常不均匀，第一晶体管的漏极与源极之间的电压差值的范围为2.67V～3.14V，电压差值变化为0.47V；本发明实施例所提供的射频开关电路，电压摆幅在开关晶体管层叠链中的分布非常均匀，第一晶体管的漏极与源极之间的电压差值的范围为2.81V～2.85V，电压差值变化仅为0.04V。
本发明实施例还提供一种集成电路芯片。该集成电路芯片包括上述实施例所提供的具有高耐受功率的射频开关电路，用在无线通信系统中的射频前端模块中，其作用是准确切换和控制射频信号的传输路径，选通相应的射频通路。对于该集成电路芯片中的射频开关电路的具体结构，在此不再一一详述。
另外，本发明所提供的射频开关电路还可以被用在电子设备中，作为通信组件的重要组成部分。这里所说的电子设备是指可以在移动环境中使用，支持GSM、EDGE、TD_SCDMA、TDD_LTE、FDD_LTE、5G等多种通信制式的计算机设备，包括移动电话、笔记本电脑、平板电脑、车载电脑等。此外，本发明所提供的技术方案也适用于其他通信组件应用的场合，例如通信基站等。
如图8所示，该电子设备至少包括处理器和存储器，还可以根据实际需要进一步包括通信组件、传感器组件、电源组件、多媒体组件及输入/输出接口。其中，存储器、通信组件、传感器组件、电源组件、多媒体组件及输入/输出接口均与该处理器连接。存储器可以是静态随机存取存储器(SRAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、可编程只读存储器(PROM)、只读存储器(ROM)、磁存储器、快闪存储器等，处理器可以是中央处理器(CPU)、图形处理器(GPU)、现场可编程逻辑门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理(DSP)芯片等。其它通信组件、传感器组件、电源组件、多媒体组件等均可以采用通用部件实现，在此就不具体说明了。
通过上述实施例对本发明技术方案的具体描述可以看出，本发明所提供的具有高耐受功率的射频开关电路，一方面采用各级开关晶体管的栅极与串联电阻组成的偏置电路连接的技术方案；另一方面采用各级开关晶体管的体极通过晶体管与串联电阻组成的偏置电路连接的技术方案，有效地改善了电压摆幅在各级开关晶体管层叠链中分布不均匀的现象，从而使得射频开关电路的非线性问题得到改善，插入损耗减小，平均耐受功率得到明显提高。因此，本发明所提供的具有高耐受功率的射频开关电路具有结构设计巧妙、生产成本较低，芯片尺寸较小，以及工作性能优异等有益效果。
以上对本发明所提供的具有高耐受功率的射频开关电路、芯片及其电子设备进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质内容的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将属于本发明专利权的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有高耐受功率的射频开关电路，其特征在于由多级开关晶体管单元串联组成；每级开关晶体管单元均包括第一晶体管、第二晶体管，以及第一偏置电阻、第二偏置电阻、通路电阻；其中，
所述第一晶体管的体极与所述第二晶体管的源极、体极连接在一起，所述第二晶体管的漏极接入由各级开关晶体管单元中的第一偏置电阻依次串联组成的第一通路；
所述第一晶体管的漏极与前一级开关晶体管单元的输出端连接；所述第一晶体管的源极一方面与所述第二晶体管的栅极连接，另一方面与后一级开关晶体管单元中的第一晶体管的漏极连接；所述通路电阻设置在所述第一晶体管的漏极与源极之间；
所述第一晶体管的栅极接入由各级开关晶体管单元中的第二偏置电阻依次串联组成的第二通路；
所述第一通路的末端与所述第二通路的末端连接栅极偏置电压。
2.一种具有高耐受功率的射频开关电路，其特征在于由多级开关晶体管单元串联组成；每级开关晶体管单元均包括第一晶体管、第二晶体管，以及第一偏置电阻、第二偏置电阻、通路电阻；其中，
所述第一晶体管的体极与所述第二晶体管的源极、体极连接在一起，所述第一晶体管的栅极接入由各级开关晶体管单元中的第一偏置电阻依次串联组成的第一通路；
所述第一晶体管的漏极与前一级开关晶体管单元的输出端连接；所述第一晶体管的源极一方面与所述第二晶体管的栅极连接，另一方面与后一级开关晶体管单元中的第一晶体管的漏极连接；所述通路电阻设置在所述第一晶体管的漏极与源极之间；
所述第二晶体管的漏极接入由各级开关晶体管单元中的第二偏置电阻依次串联组成的第二通路；
所述第一通路的末端与所述第二通路的末端连接栅极偏置电压。
3.如权利要求1或2所述的射频开关电路，其特征在于：
在奇数级开关晶体管单元中，所述第一晶体管的栅极接入由各级开关晶体管单元中的第二偏置电阻依次串联组成的第二通路，所述第二晶体管的漏极接入由各级开关晶体管单元中的第一偏置电阻依次串联组成的第一通路；在偶数级开关晶体管单元中，所述第一晶体管的栅极接入由各级开关晶体管单元中的第一偏置电阻依次串联组成的第一通路，所述第二晶体管的漏极接入由各级开关晶体管单元中的第二偏置电阻依次串联组成的第二通路；或者，
在奇数级开关晶体管单元中，所述第一晶体管的栅极接入由各级开关晶体管单元中的第一偏置电阻依次串联组成的第一通路，所述第二晶体管的漏极接入由各级开关晶体管单元中的第二偏置电阻依次串联组成的第二通路；在偶数级开关晶体管单元中，所述第一晶体管的栅极接入由各级开关晶体管单元中的第二偏置电阻依次串联组成的第二通路，所述第二晶体管的漏极接入由各级开关晶体管单元中的第一偏置电阻依次串联组成的第一通路。
4.如权利要求1或2所述的射频开关电路，其特征在于在多级开关晶体管单元的首级中，
所述第一晶体管的漏极与所述射频开关电路的信号输入端以及电容连接，所述电容的另一端与第二晶体管的漏极连接。
5.如权利要求1或2所述的射频开关电路，其特征在于：
每级开关晶体管单元的输出端是该级开关晶体管单元中的第一晶体管的源极。
6.如权利要求1或2所述的射频开关电路，其特征在于：
每级开关晶体管单元中，所述第一晶体管的源极与所述第二晶体管的栅极连接。
7.如权利要求1或2所述的射频开关电路，其特征在于：
当所述射频开关电路处于导通状态时，各级开关晶体管单元中的第一晶体管的栅极电压及体极电压分别等于漏极电压和源极电压之和的一半。
8.如权利要求1或2所述的射频开关电路，其特征在于：
当所述射频开关电路处于关断状态时，各级开关晶体管单元中的第一晶体管的体极直流电压均为所述栅极偏置电压。
9.一种集成电路芯片，其特征在于包括权利要求1～8中任意一项所述的射频开关电路。
10.一种电子设备，其特征在于包括权利要求1～8中任意一项所述的射频开关电路。
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