CN209767491U

CN209767491U - 单刀单掷射频开关及其构成的单刀双掷射频开关和单刀多掷射频开关

Info

Publication number: CN209767491U
Application number: CN201920131056.9U
Authority: CN
Inventors: 赵奂
Original assignee: Kangxi Communications Technology Shanghai Co Ltd
Current assignee: Kangxi Communications Technology Shanghai Co Ltd
Priority date: 2019-01-25
Filing date: 2019-01-25
Publication date: 2019-12-10
Anticipated expiration: 2029-01-25

Abstract

本实用新型公开一种单刀单掷射频开关及其构成的单刀双掷射频开关和单刀多掷射频开关，单刀单掷射频开关包括半导体开关器件其第一端通过第一电容接该单刀单掷射频开关第一端口并通过第一电阻接第一信号输入端，其第二端通过第二电阻接第二信号输入端，其第三端通过第四电阻接地，并通过串联的第一二极管、第二二极管和第五电阻接地，第六电阻一端接于第一二极管和第二二极管之间另一端接电源电压，其第四端通过第二电容接该单刀单掷射频开关第二端口并通过第三电阻接信号输入端；ESD结构跨接于第一电容、半导体开关器件和第二电容所组成电路两端。本实用新型还公开了一种单刀双掷射频开关和一种单刀多掷射频开关。本实用新型的单刀单掷射频开关占用面积更小，具有更好的静电保护。

Description

单刀单掷射频开关及其构成的单刀双掷射频开关和单刀多掷射频开关

技术领域

本实用新型涉及集成电路领域，特别是涉及一种单刀单掷射频开关。本实用新型还涉及由所述单刀单掷射频开关构成的一种单刀双掷射频开关和一种单刀多掷射频开关。

背景技术

随着现代通信技术的深入发展通信设备正在向小型化和低能耗发展，这就要求通信设备内的每个组件都采用小型化设计，尽量控制器其尺寸、重量和厚度，同时也要尽量减少组件数量及组件功率消耗。

射频信号输入输出模块主要可实现对接收射频信号的低噪声放大和发射射频信号的功率推动等功能，是射频通信设备中不可或缺的组成部分，其中，单刀单掷开关和单刀多掷开关用以实现射频信号的信号流向控制等作用。在目前的微波通讯系统中，功率开关通常采用几种形式：

(1)采用分立的硅材料的PIN二极管，采用混合电路的方式实现，其缺点是体积大，工作频率窄且控制电路复杂。

(2)采用砷化镓(GaAs)赝配高电子迁移率晶体管(pHEMT)单片开关，高电子迁移率晶体管开关具有体积小、应用频带宽等特点，但是，不易于和其它的射频电路做单芯片整合。

(3)采用MOS器件的开关，有价格优势，适于和其它部分通信电路做片上集成，缺点是耐压和耐大功率的能力有限。

除此之外，现有的功率开关还急需克服插入损耗大、隔离度不理想、输入输出驻波比大和开关响应时间长等缺点，随着现代通信技术的不断发展和人们对通信质量要求的日益苛刻，传统的功率开关已不能满足实际使用的需求。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种与现有单刀单掷射频开关相比较，占用面积更小，并且具有更好静电保护的单刀单掷射频开关。

本实用新型要解决的另一技术问题是提供一种具有所述单刀单掷射频开关的与现有技术相比较，占用面积更小，并且在发射模式下能处理更高的通过功率，同时保持良好的线性性能的单刀双掷射频开关；以及，具有所述单刀双掷射频开关的一种单刀多掷射频开关。

为解决上述技术问题本实用新型提供的第一种单刀单掷射频开关，包括：

半导体开关器件T、第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1、第二二极管D2、ESD结构和第一～第六电阻R1～R6；

半导体开关器件T，其第一端通过第一电容C1连接该单刀单掷射频开关第一端口P1并通过第一电阻R1连接第一状态控制信号输入端S1，其第二端通过第二电阻R2连接第二状态控制信号输入端S2，其第三端通过第四电阻R4接地，并通过串联的第一二极管D1、第二二极管D2和第五电阻R5接地，其第四端通过第二电容C2连接该单刀单掷射频开关第二端口P2并通过第三电阻R3连接第三状态控制信号输入端S3；

第六电阻R6一端连接于第一二极管D1和第二二极管D2之间，第六电阻R6另一端接电源电压VDD，第一二极管D1负极连接第二二极管D2负极；

ESD结构跨接于第一电容C1、半导体开关器件T和第二电容C2所组成串联电路的两端。

进一步改进所述的单刀单掷射频开关，所述ESD结构是并联的第一二极管串和第二二极管串，第一二极管串的各二极管阴阳极依次串联，第二二极管串的各二极管阴阳极依次串联，第一二极管串和第二二极管串的串联方式相反。第一二极管串和第二二极管串中二极管的具体数量根据该单刀单掷射频开关的具体参数确定。

进一步改进所述的单刀单掷射频开关，所述ESD结构是PIN二级管PIN diode。

其中，所述半导体开关器件T为:PMOS、NMOS、pHEMT或LDMOS。以NMOS为例，第一端是源极也可以是漏极，第二端是栅极，第三端是衬底，第四端是漏极也可以是源极。

本实用新型提供的单刀双掷射频开关，包括：

一发射臂，其第一端连接该单刀双掷射频开关的天线端P4，其第二端连接该单刀双掷射频开关的发射端P5；

一接收臂，其第一端连接该单刀双掷射频开关的接收端P3，其第二端连接该单刀双掷射频开关的天线端P4；

所述发射臂包括：上述单刀单掷射频开关，该单刀单掷射频开关第一端口P1作为该发射臂的第一端，该单刀单掷射频开关第二端口P2作为该发射臂的第二端；

所述接收臂包括：上述单刀单掷射频开关，该单刀单掷射频开关第一端口P1通过第三电容C3连接低噪声放大器B，低噪声放大器B的输出端作为接收臂的第一端，该单刀单掷射频开关第二端口P2作为接收臂的第二端。

进一步改进所述的单刀双掷射频开关，接收臂的第三电容C3和组成该接收臂的单刀单掷射频开关之间具有ESD器件接入点E，发射臂的第二端具有ESD器件接入点E，该单刀双掷射频开关的天线端P4具有ESD器件接入点E，上述各ESD接入点E中任一处连接有ESD保护器件。

进一步改进所述的单刀双掷射频开关，接收臂还包括并联开关SW，并联开关SW一端连接在低噪声放大器B和第三电容C3之间，另一端接地，并联开关SW为:PMOS、NMOS、pHEMT或LDMOS。

本实用新型提供的单刀多掷射频开关，包括：

至少两个所述接收臂和一个所述发射臂；

每个接收臂的第一端连接该单刀多掷射频开关的接收端P3，每个接收臂的第二端连接该单刀多掷射频开关的天线端P4；

每个发射臂的第一端连接该单刀多掷射频开关的天线端P4，每个发射臂的第二端连接该单刀多掷射频开关的发射端P5。

进一步改进所述的单刀多掷射频开关，任一接收臂的第三电容C3和组成该接收臂的单刀单掷射频开关之间具有ESD器件接入点E，任一发射臂的第二端具有ESD器件接入点E，该单刀多掷射频开关的天线端P4具有ESD器件接入点E，上述各ESD接入点E中任一处连接有ESD保护器件。

进一步改进所述的单刀多掷射频开关，每个接收臂还包括并联开关SW，并联开关SW一端连接在低噪声放大器B和第三电容C3之间，另一端接地，并联开关SW为:PMOS、NMOS、pHEMT或LDMOS。

本实用新型提供的单刀单掷射频开关，第一端口P1和第二端口P2是开关的输入和输出端口，半导体开关器件T作为开关管，控制射频开关的工作状态。第一电容C1和第二电容C2是在收发状态时作为隔直(DC blocking)电容。ESD结构采用并联的二极管串或PIN二极管跨接在两个耦合电容与开关管串联电路的两端，该ESD结构占用面积非常小，并且能够形成ESD直流通路对开关进行ESD保护。R1、R2和R3是开关管的偏置电阻，由逻辑信号控制工作状态，同时对射频信号进行隔离；R4、R5和R6提供晶体管衬底正确的偏置。

实用新型结构工作原理：当SW1EN置为高电平，SW1ENB置为低电平，开关管T关断，呈现出较小的关断电容Coff，此时单刀单掷射频开关工作在关断状态。由于单刀单掷射频开关在关断时，两端承受了射频通路上的所有电压摆幅，因此ESD结构中二极管串的数量，或者PIN二极管的导通电压，必须由关断状态所需要通过的电压摆幅来决定。比如说，单刀单掷射频开关需要通过的射频功率为1W，则在50欧姆的标准射频环境下，天线口上的电压摆幅为10V。如果ESD结构采用基于肖特基二极管的二极管串，则需要至少15个二极管(15*0.7>10)；如果ESD结构采用PIN二极管的话，则PIN二极管的击穿电压应该设置在10V以上。

当SW1EN置为低电平，SW1ENB置为高电平，开关管T导通，呈现很小的导通电阻Ron，此时单刀单掷射频开关工作在导通状态。导通的开关管T也将耦合电容第一电容C1和第二电容C2短路成为串联连接，它们和ESD结构形成并联电路，等效为一个新的电容值C＝CESD+(C1//C2)，其中CESD为ESD结构的等效电容。由此可见，在实用新型结构中，半导体开关器件T的工作状态和控制逻辑，与整个射频开关的工作状态是相反的，这有利于收发射频开关的设计。

将本实用新型的单刀单掷射频开关作为单刀多掷射频开关的接收臂，可以由m个接收臂和n个发射臂组成(m≥2，n≥1)。由于单刀多掷射频开关中各个发射和接收臂都有横跨开关管与耦合电容的ESD结构，因此对于直流和低频相当于多点短路，而这些点正是各自单独结构中ESD需要考虑的地方，在本实用新型的单刀多掷射频开关的开关中只要有一个ESD接入点放置带有ESD功能的器件，则整个电路都有ESD防护功能。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：

图1是本实用新型单刀单掷射频开关第一实施例的结构示意图。

图2是本实用新型单刀单掷射频开关第二实施例的结构示意图。

图3是本实用新型单刀双掷射频开关一实施例的结构示意图。

图4是本实用新型单刀多掷射频开关一实施例的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型提供的单刀单掷射频开关第一实施例，包括：半导体开关器件T、第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一二极管串DS1、第二二极管串DS2和第一～第六电阻R1～R6；

并联的第一二极管串DS1和第二二极管串DS2跨接于第一电容C1、半导体开关器件T和第二电容C2所组成串联电路的两端,第一二极管串DS1的各二极管阴阳极依次串联，第二二极管串DS2的各二极管阴阳极依次串联，第一二极管串DS1和第二二极管串DS2的串联方式相反。

所述半导体开关器件T为:PMOS、NMOS、pHEMT或LDMOS。以NMOS为例，第一端是源极也可以是漏极，第二端是栅极，第三端是衬底，第四端是漏极也可以是源极。

本实施例中，半导体开关器件T为NMOS，其第一端是源极，第二端是栅极，第三端是衬底，第四端是漏极。采用其他常规半导体开关器件时，其第一～第四端采用本领域常规接法即可。

如图2所示，本实用新型提供的单刀单掷射频开关第一实施例，包括：半导体开关器件T、第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1、第二二极管D2、PIN二极管PD和第一～第六电阻R1～R6；

PIN二极管PD跨接于第一电容C1、半导体开关器件T和第二电容C2所组成串联电路的两端。

如图3所示，本实用新型提供的单刀双掷射频开关一实施例，包括：

所述发射臂包括：具有上述单刀单掷射频开关第一或第二实施例(图示为第二实施例)，该单刀单掷射频开关第一端口P1作为该发射臂的第一端，该单刀单掷射频开关第二端口P2作为该发射臂的第二端；

所述接收臂包括：具有上述单刀单掷射频开关第一或第二实施例(图示为第二实施例)，该单刀单掷射频开关第一端口P1通过第三电容C3连接低噪声放大器B，低噪声放大器B的输出端作为接收臂的第一端，该单刀单掷射频开关第二端口P2作为接收臂的第二端。

接收臂的第三电容C3和组成该接收臂的单刀单掷射频开关之间具有ESD器件接入点E，发射臂的第二端具有ESD器件接入点E，该单刀双掷射频开关的天线端P4具有ESD器件接入点E，上述各ESD接入点E中任一处连接有ESD保护器件。

接收臂还包括并联开关SW，并联开关SW一端连接在低噪声放大器B和第三电容C3之间，另一端接地，并联开关SW为:PMOS、NMOS、pHEMT或LDMOS。

如图4所示，本实用新型提供具有上述单刀单掷射频开关第一或第二实施例的单刀多掷射频开关一实施例，包括：

至少两个所述接收臂和一个所述发射臂；

任一接收臂的第三电容C3和组成该接收臂的单刀单掷射频开关之间具有ESD器件接入点E，任一发射臂的第二端具有ESD器件接入点E，该单刀多掷射频开关的天线端P4具有ESD器件接入点E，上述各ESD接入点E中任一处连接有ESD保护器件。

每个接收臂还包括并联开关SW，并联开关SW一端连接在低噪声放大器B和第三电容C3之间，另一端接地，并联开关SW为:PMOS、NMOS、pHEMT或LDMOS。

以上通过具体实施方式和实施例对本实用新型进行了详细的说明，但这些并非构成对本实用新型的限制。在不脱离本实用新型原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种单刀单掷射频开关，其特征在于，包括：半导体开关器件(T)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、ESD结构和第一～第六电阻(R1～R6)；

半导体开关器件(T)，其第一端通过第一电容(C1)连接该单刀单掷射频开关第一端口(P1)并通过第一电阻(R1)连接第一状态控制信号输入端(S1)，其第二端通过第二电阻(R2)连接第二状态控制信号输入端(S2)，其第三端通过第四电阻(R4)接地，并通过串联的第一二极管(D1)、第二二极管(D2)和第五电阻(R5)接地，其第四端通过第二电容(C2)连接该单刀单掷射频开关第二端口(P2)并通过第三电阻(R3)连接第三状态控制信号输入端(S3)；

其中，第六电阻(R6)一端连接于第一二极管(D1)和第二二极管(D2)之间，第六电阻(R6)另一端接电源电压(VDD)，第一二极管(D1)负极连接第二二极管(D2)负极；

ESD结构跨接于第一电容(C1)、半导体开关器件(T)和第二电容(C2)所组成串联电路的两端。

2.如权利要求1所述的单刀单掷射频开关，其特征在于：所述ESD结构是并联的第一二极管串和第二二极管串，第一二极管串的各二极管阴阳极依次串联，第二二极管串的各二极管阴阳极依次串联，第一二极管串和第二二极管串的串联方式相反。

3.如权利要求1所述的单刀单掷射频开关，其特征在于：所述ESD结构是PIN二极管(PINdiode)。

4.如权利要求1所述的单刀单掷射频开关，其特征在于：所述半导体开关器件(T)为:PMOS、NMOS、pHEMT或LDMOS。

5.一种具有权利要求1-4任意一项所述单刀单掷射频开关的单刀双掷射频开关，其特征在于,包括：

一发射臂，其第一端连接该单刀双掷射频开关的天线端(P4)，其第二端连接该单刀双掷射频开关的发射端(P5)；

一接收臂，其第一端连接该单刀双掷射频开关的接收端(P3)，其第二端连接该单刀双掷射频开关的天线端(P4)；

所述发射臂包括：所述的单刀单掷射频开关，该单刀单掷射频开关第一端口(P1) 作为该发射臂的第一端，该单刀单掷射频开关第二端口(P2)作为该发射臂的第二端；

所述接收臂包括：所述权利要求1所述的单刀单掷射频开关，该单刀单掷射频开关第一端口(P1)通过第三电容(C3)连接低噪声放大器(B)，低噪声放大器(B)的输出端作为接收臂的第一端，该单刀单掷射频开关第二端口(P2)作为接收臂的第二端。

6.如权利要求5所述的单刀双掷射频开关，其特征在于：接收臂的第三电容(C3)和组成该接收臂的单刀单掷射频开关之间具有ESD器件接入点(E)，发射臂的第二端具有ESD器件接入点(E)，该单刀双掷射频开关的天线端(P4)具有ESD器件接入点(E)，上述各ESD器件接入点(E)中任一处连接有ESD保护器件。

7.如权利要求6所述的单刀双掷射频开关，其特征在于：接收臂还包括并联开关(SW)，并联开关(SW)一端连接在低噪声放大器(B)和第三电容(C3)之间，另一端接地，并联开关(SW)为:PMOS、NMOS、pHEMT或LDMOS。

8.一种具有权利要求5所述单刀双掷射频开关的单刀多掷射频开关，其特征在于,包括：

至少两个所述接收臂和一个所述发射臂；

每个接收臂的第一端连接该单刀多掷射频开关的接收端(P3)，每个接收臂的第二端连接该单刀多掷射频开关的天线端(P4)；

每个发射臂的第一端连接该单刀多掷射频开关的天线端(P4)，每个发射臂的第二端连接该单刀多掷射频开关的发射端(P5)。

9.如权利要求8所述的单刀多掷射频开关，其特征在于：任一接收臂的第三电容(C3)和组成该接收臂的单刀单掷射频开关之间具有ESD器件接入点(E)，任一发射臂的第二端具有ESD器件接入点(E)，该单刀多掷射频开关的天线端(P4)具有ESD器件接入点(E)，上述各ESD器件接入点(E)中任一处连接有ESD保护器件。

10.如权利要求9所述的单刀多掷射频开关，其特征在于：每个接收臂还包括并联开关(SW)，并联开关(SW)一端连接在低噪声放大器(B)和第三电容(C3)之间，另一端接地，并联开关(SW)为:PMOS、NMOS、pHEMT或LDMOS。