DE102020109391A1 - HIGH FREQUENCY SWITCH WITH CONTROLLABLE RESONANCE FREQUENCY - Google Patents
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Abstract
Hochfrequenz(HF)-Schalter mit steuerbarer Resonanzfrequenz. Ein HF-Schalter weist einen Stapel aus zwei oder mehr Feldeffekttransistoren (FETs) auf, die elektrisch zwischen einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss geschaltet sind. Der HF-Schalter weist ferner einen Induktor auf, der zwischen den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss und parallel mit dem Stapel aus FETs geschaltet ist. Ein erster Teil der FETs wird gesteuert, um den HF-Schalter ein- oder auszuschalten. Außerdem wird ein zweiter Teil der FETs gesteuert, um eine Resonanzfrequenz des HF-Schalters abzustimmen, wenn der HF-Schalter ausgeschaltet ist.High frequency (HF) switch with controllable resonance frequency. An RF switch has a stack of two or more field effect transistors (FETs) that are electrically connected between a first terminal and a second terminal. The RF switch also includes an inductor connected between the first terminal and the second terminal and in parallel with the stack of FETs. A first part of the FETs is controlled to turn the RF switch on or off. In addition, a second part of the FETs is controlled to tune a resonant frequency of the RF switch when the RF switch is off.
Description
QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGENCROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität gegenüber der am 4. April 2019 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung Nr.
Gebietarea
Ausführungsformen der Erfindung betreffen Elektroniksysteme und insbesondere Hochfrequenzschalter.Embodiments of the invention relate to electronic systems and, more particularly, to high frequency switches.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Ein Hochfrequenz(HF)-Kommunikationssystem kann für eine Vielzahl von Zwecken verwendete HF-Schalter aufweisen.A radio frequency (RF) communication system can include RF switches used for a variety of purposes.
Bei einem Beispiel kann ein HF-Kommunikationssystem einen Hochfrequenz-Sende/-Empfangs-Schalter aufweisen. Der Sende/-Empfangs-Schalter kann zum elektrischen Verbinden einer Antenne mit einem Sendepfad oder einem Empfangspfad des Systems verwendet werden, wodurch der Zugang der Pfade zu der Antenne gesteuert wird.In one example, an RF communication system may include a radio frequency transmit / receive switch. The transmit / receive switch can be used to electrically connect an antenna to a transmit path or a receive path of the system, thereby controlling access of the paths to the antenna.
KURZE DARSTELLUNG DER OFFENBARUNGSUMMARY OF THE DISCLOSURE
Hochfrequenz(HF)-Schalter mit steuerbarer Resonanzfrequenz werden hierin bereitgestellt. In gewissen Ausführungsformen weist ein HF-Schalter einen Stapel aus zwei oder mehr Feldeffekttransistoren (FETs) auf, elektrisch zwischen einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss geschaltet. Außerdem weist der HF-Schalter weiterhin einen Induktor auf, der zwischen den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss und parallel zu dem Stapel aus FETs geschaltet ist. Ein erster Teil der FETs werden gesteuert, um den HF-Schalter ein- oder auszuschalten. Außerdem wird ein zweiter Teil der FETs gesteuert, um eine Resonanzfrequenz des HF-Schalters abzustimmen, wenn der HF-Schalter ausgeschaltet ist. Wenn sich beispielsweise der HF-Schalter in einem AUS-Zustand befindet, weist der HF-Schalter eine Resonanzfrequenz auf, die auf einem Produkt aus einer Induktanz des Induktors und einer Kapselungsanordnung des Stapels aus FETs basiert. Durch Steuern der Gatespannungen des zweiten Teils der FETs in dem AUS-Zustand wird die durch den Stapel aus FETs bereitgestellte Kapselungsanordnung geändert. Somit wird für das Abstimmen der Resonanzfrequenz des HF-Schalters Flexibilität bereitgestellt, um beispielsweise eine Herstellungsschwankung zu kompensieren und/oder um die Resonanzfrequenz auf Basis eines Arbeitsfrequenzbands zu steuern, um die Trennung zu erhöhen.Radio frequency (RF) switches with controllable resonance frequency are provided herein. In certain embodiments, an RF switch comprises a stack of two or more field effect transistors (FETs) electrically connected between a first terminal and a second terminal. In addition, the RF switch furthermore has an inductor which is connected between the first connection and the second connection and in parallel with the stack of FETs. A first part of the FETs are controlled to turn the RF switch on or off. In addition, a second part of the FETs is controlled to tune a resonant frequency of the RF switch when the RF switch is off. For example, when the RF switch is in an OFF state, the RF switch has a resonance frequency based on a product of an inductance of the inductor and an encapsulation arrangement of the stack of FETs. By controlling the gate voltages of the second part of the FETs in the OFF state, the package arrangement provided by the stack of FETs is changed. Flexibility is thus provided for tuning the resonance frequency of the RF switch, for example to compensate for manufacturing fluctuations and / or to control the resonance frequency on the basis of an operating frequency band in order to increase the separation.
In einem Aspekt wird ein HF-Schalter mit verstellbarer Resonanzfrequenz bereitgestellt. Der HF-Schalter weist auf: mehrere Anschlüsse aufweisend einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss; einen Induktor, der elektrisch zwischen den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss geschaltet ist; und mehrere Feldeffekttransistoren (FETs), die elektrisch in Reihe zwischen den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss und parallel mit dem Induktor geschaltet sind. Ein erster Teil der mehreren FETs werden durch ein Steuersignal gesteuert, um den HF-Schalter in einen EIN-Zustand oder einen AUS-Zustand zu setzen, und ein zweiter Teil der mehreren FETs sind getrennt steuerbar von dem Steuersignal, um eine Resonanzfrequenz des HF-Schalters in dem AUS-Zustand zu verstellen.In one aspect, an RF switch with adjustable resonance frequency is provided. The RF switch includes: a plurality of ports including a first port and a second port; an inductor electrically connected between the first terminal and the second terminal; and a plurality of field effect transistors (FETs) electrically connected in series between the first terminal and the second terminal and in parallel with the inductor. A first part of the multiple FETs are controlled by a control signal to set the RF switch in an ON state or an OFF state, and a second part of the multiple FETs are controllable separately from the control signal to set a resonance frequency of the RF To adjust the switch in the OFF state.
In einem anderen Aspekt wird ein Verfahren zum HF-Schalten bereitgestellt. Das Verfahren weist auf: Ausbreiten eines HF-Signals durch zwei oder mehr FETs eines HF-Schalters in einem EIN-Zustand des HF-Schalters; Wechseln des Schalters von dem EIN-Zustand zu einem AUS-Zustand unter Verwendung eines Steuersignals, das einen ersten Teil der zwei oder mehr FETs steuert; und Verstellen einer Resonanzfrequenz des HF-Schalters in dem AUS-Zustand unter Verwendung eines zweiten Teils der zwei oder mehr FETs, wobei die zwei oder mehr FETs in einem Stapel angeordnet sind, der parallel mit einem Induktor des HF-Schalters liegt.In another aspect, a method of RF switching is provided. The method includes: propagating an RF signal through two or more FETs of an RF switch in an ON state of the RF switch; Changing the switch from the ON state to an OFF state using a control signal that controls a first part of the two or more FETs; and adjusting a resonance frequency of the RF switch in the OFF state using a second part of the two or more FETs, the two or more FETs being arranged in a stack that is in parallel with an inductor of the RF switch.
In einem anderen Aspekt wird ein Frontend-System bereitgestellt. Das Frontend-System weist auf: einen Antennenanschluss; einen Leistungsverstärker; einen rauscharmen Verstärker; und einen Sendeempfangsschalter aufweisend einen Empfangszweig, der elektrisch zwischen einen Eingang zu dem rauscharmen Verstärker und den Antennenanschluss geschaltet ist, und einen Sendezweig, der elektrisch zwischen einen Ausgang des Leistungsverstärkers und den Antennenanschluss geschaltet ist. Der Empfangszweig weist mehrere in Reihe angeordnete FETs und einen Induktor parallel mit den mehreren FETs auf. Ein erster Teil der mehreren FETs werden durch ein Steuersignal gesteuert, um den Empfangszweig zu aktivieren oder zu deaktivieren, und ein zweiter Teil der mehreren FETs sind separat von dem Steuersignal steuerbar, um eine Resonanzfrequenz des Empfangszweigs zu verstellen, wenn der Empfangszweig deaktiviert ist.In another aspect, a front-end system is provided. The front-end system has: an antenna connector; a power amplifier; a low noise amplifier; and a transmit / receive switch having a receive branch which is electrically connected between an input to the low-noise amplifier and the antenna connection, and a transmission branch which is electrically connected between an output of the power amplifier and the antenna connection. The receiving branch has several FETs arranged in series and an inductor in parallel with the several FETs. A first part of the plurality of FETs are controlled by a control signal in order to activate or deactivate the receiving branch, and a second part of the plurality of FETs can be controlled separately from the control signal in order to adjust a resonance frequency of the receiving branch when the receiving branch is deactivated.
FigurenlisteFigure list
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1 ist ein Schemadiagramm einer Ausführungsform eines Phased-Array-Antennensystems aufweisend Sende-/Empfangs(T/R)-Schalter.1 Figure 13 is a schematic diagram of one embodiment of a phased array antenna system including transmit / receive (T / R) switches. -
2A ist ein Schemadiagramm einer Ausführungsform eines Frontend-Systems aufweisend T/R-Schalter.2A Figure 12 is a schematic diagram of one embodiment of a front end system including T / R switches. -
2B ist ein Schemadiagramm einer anderen Ausführungsform eines Frontend-Systems aufweisend T/R-Schalter.2 B Figure 13 is a schematic diagram of another embodiment of a front end system including T / R switches. -
3 ist ein Schemadiagramm eines Beispiels eines mehrschichtigen schnellen Datenkommunikationsnetzwerks.3 Figure 13 is a schematic diagram of an example of a multi-layer high speed data communication network. -
4 ist ein Schemadiagramm eines Hochfrequenz(HF)-Schalters gemäß einer Ausführungsform.4th Figure 13 is a schematic diagram of a radio frequency (RF) switch according to an embodiment. -
5 ist ein Schemadiagramm eines HF-Schalters gemäß einer weiteren Ausführungsform.5 Figure 13 is a schematic diagram of an RF switch in accordance with another embodiment. -
6 ist ein Schemadiagramm eines HF-Schalters gemäß einer weiteren Ausführungsform.6th Figure 13 is a schematic diagram of an RF switch in accordance with another embodiment. -
7A ist ein Schemadiagramm einer ersten ResonanzfrequenzVerstelleinstellung eines HF-Schalters gemäß einer weiteren Ausführungsform.7A Figure 13 is a schematic diagram of a first resonant frequency shift setting of an RF switch in accordance with another embodiment. -
7B ist ein Schemadiagramm einer zweiten ResonanzfrequenzVerstelleinstellung des HF-Schalters von7A .7B FIG. 14 is a schematic diagram of a second resonant frequency shift setting of the RF switch of FIG7A . -
8 ist ein Schemadiagramm eines HF-Schalters gemäß einer weiteren Ausführungsform.8th Figure 13 is a schematic diagram of an RF switch in accordance with another embodiment. -
9A ist ein Schemadiagramm eines T/R-Schalters gemäß einer Ausführungsform.9A Figure 3 is a schematic diagram of a T / R switch according to an embodiment. -
9B ist ein Schemadiagramm einer Ausführungsform eines den T/R-Schalter von9 aufweisenden Halbleiter-Die.9B FIG. 13 is a schematic diagram of one embodiment of the T / R switch of FIG9 comprising semiconductor die. -
10A ist ein Beispiel einer grafischen Darstellung von Verlust über Frequenz für den Empfangszweig des T/R-Schalters von9A .10A FIG. 13 is an example of a loss versus frequency graph for the receive leg of the T / R switch of FIG9A . -
10B ist ein Beispiel einer grafischen Darstellung einer Reverse Isolation über der Frequenz für den Empfangszweig des T/R-Schalters von9A .10B FIG. 13 is an example of a graph of reverse isolation versus frequency for the receive branch of the T / R switch of FIG9A . -
10C ist ein Beispiel einer grafischen Darstellung von Verlust über Frequenz für den Empfangszweig des T/R-Schalters von9A .10C FIG. 13 is an example of a loss versus frequency graph for the receive leg of the T / R switch of FIG9A . -
10D ist ein Beispiel einer grafischen Darstellung einer Reverse Isolation über der Frequenz für den Empfangszweig des T/R-Schalters von9A .10D FIG. 13 is an example of a graph of reverse isolation versus frequency for the receive branch of the T / R switch of FIG9A .
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS
Die folgende ausführliche Beschreibung von Ausführungsformen präsentiert verschiedene Beschreibungen von spezifischen Ausführungsformen der Erfindung. Die Erfindung kann jedoch auf eine Vielzahl von unterschiedlichen Weisen verkörpert werden. In dieser Beschreibung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, wo gleiche Bezugszahlen identische oder funktional ähnliche Elemente anzeigen können. Es versteht sich, dass in den Figuren dargestellte Elemente nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet sind. Zudem versteht sich, dass gewisse Ausführungsformen mehr Elemente aufweisen können, als in einer Zeichnung dargestellt, und/oder eine Teilmenge der in einer Zeichnung dargestellten Elemente. Weiterhin können einige Ausführungsformen eine beliebige geeignete Kombination von Merkmalen von zwei oder mehr Zeichnungen inkorporieren.The following detailed description of embodiments presents various descriptions of specific embodiments of the invention. However, the invention can be embodied in a variety of different ways. In this description, reference is made to the drawings where like reference numbers may indicate identical or functionally similar elements. It goes without saying that elements shown in the figures are not necessarily drawn to scale. It is also understood that certain embodiments can have more elements than shown in a drawing and / or a subset of the elements shown in a drawing. Furthermore, some embodiments may incorporate any suitable combination of features from two or more drawings.
Hochfrequenz(HF)-Schalter mit steuerbarer Resonanzfrequenz werden hier bereitgestellt. In gewissen Ausführungsformen weist ein HF-Schalter einen Stapel aus zwei oder mehr Feldeffekttransistoren (FETs) auf, die elektrisch zwischen einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss geschaltet sind. Zusätzlich weist der HF-Schalter weiterhin einen Induktor auf, der zwischen den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss und parallel mit dem Stapel der FETs geschaltet ist. Ein erster Teil der FETs wird gesteuert, um den HF-Schalter ein- oder auszuschalten. Außerdem wird ein zweiter Teil der FETs gesteuert, um eine Resonanzfrequenz des HF-Schalters abzustimmen, wenn der HF-Schalter ausgeschaltet ist.Radio frequency (HF) switches with controllable resonance frequency are provided here. In certain embodiments, an RF switch comprises a stack of two or more field effect transistors (FETs) that are electrically connected between a first terminal and a second terminal. In addition, the RF switch furthermore has an inductor which is connected between the first connection and the second connection and in parallel with the stack of FETs. A first part of the FETs is controlled to turn the RF switch on or off. In addition, a second part of the FETs is controlled to tune a resonant frequency of the RF switch when the RF switch is off.
Wenn sich beispielsweise der HF-Schalter im AUS-Zustand befindet, weist der HF-Schalter eine Resonanzfrequenz auf, die auf einem Produkt aus einer Induktanz des Induktors und einer Kapazität des Stapels aus FETs basiert. Durch Steuern der Gatespannungen des zweiten Teils der FETs in dem AUS-Zustand wird die durch den Stapel aus FETs bereitgestellte Kapazität geändert. Dementsprechend kann die Resonanzfrequenz des HF-Schalters abgestimmt werden.For example, when the RF switch is OFF, the RF switch has a resonant frequency that is based on a product of an inductance of the inductor and a capacitance of the stack of FETs. By controlling the gate voltages of the second part of the FETs in the OFF state, the capacitance provided by the stack of FETs is changed. The resonance frequency of the RF switch can be tuned accordingly.
Die Resonanzfrequenz des HF-Schalters kann für eine Vielzahl von Zwecken gesteuert werden. In gewissen Umsetzungen wird die Resonanzfrequenz auf Basis eines Arbeitsfrequenzbands gesteuert. Beispielsweise kann die Resonanzfrequenz verstellt werden, um einen Mehrbandbetrieb mit wenig oder keiner Auswirkung auf die Einfügedämpfung zu erzielen. Außerdem oder alternativ kann die Resonanzfrequenz gesteuert werden, um eine PVT(Process, Voltage und/oder Temperatur - Prozess, Spannung und/oder Temperatur)-Schwankung zu kompensieren. Beispielsweise kann die Resonanzfrequenz verstellt werden, um aus einer Prozessschwankung entstehende Frequenzverschiebungen zu überwinden, wodurch die gewünschte Mittenfrequenz der Resonanz zurück abgestimmt wird und das Design wieder zentriert wird, um eine Prozessschwankung zu berücksichtigen.The resonant frequency of the RF switch can be controlled for a variety of purposes. In certain implementations, the resonance frequency is controlled based on an operating frequency band. For example, the resonance frequency can be adjusted to achieve multi-band operation with little or no effect on insertion loss. In addition or as an alternative, the resonance frequency can be controlled in order to compensate for a PVT (process, voltage and / or temperature - process, voltage and / or temperature) fluctuation. For example, the The resonance frequency can be adjusted in order to overcome frequency shifts resulting from a process fluctuation, whereby the desired center frequency of the resonance is tuned back and the design is centered again in order to take a process fluctuation into account.
In gewissen Umsetzungen wird der HF-Schalter als ein Mehrstufenschalter umgesetzt, der mindestens einen ersten Zweig und einen zweiten Zweig aufweist, wobei der Induktor parallel mit dem Stapel aus FETs in dem ersten Zweig des Schalters liegt. Beispielsweise kann der HF-Schalter einem Sende-/Empfangs(T/R)-Schalter entsprechen, der einen Empfangszweig und einen Sendezweig aufweist.In certain implementations, the RF switch is implemented as a multi-stage switch that has at least a first branch and a second branch, the inductor being in parallel with the stack of FETs in the first branch of the switch. For example, the RF switch can correspond to a transmit / receive (T / R) switch that has a receive branch and a transmit branch.
Wenn der erste Zweig des Schalters AUS ist und der zweite Zweig des Schalters EIN ist, wirken die Induktanz und die Kapazität des ersten Zweigs als ein paralleler Induktor-Kondensator(LC)-Resonator mit einer Resonanzfrequenz. Außerdem kann die Resonanzfrequenz abgestimmt werden, um eine Resonanz bei der interessierenden Frequenz zu erzielen (beispielsweise in einem bestimmten Frequenzband), was wiederum eine starke Trennung bereitstellt.When the first branch of the switch is OFF and the second branch of the switch is ON, the inductance and capacitance of the first branch act as a parallel inductor-capacitor (LC) resonator with a resonant frequency. In addition, the resonance frequency can be tuned to resonate at the frequency of interest (e.g., in a particular frequency band), which in turn provides strong separation.
Das Phased-Array-Antennensystem
Wie in
Unter weiterer Bezugnahme auf
Wie in
Die Frequenz-Hoch-/Tiefsetzschaltung
Die Kanalverarbeitungsschaltung
Phased-Array-Antennensysteme werden in einer großen Vielzahl von Anwendungen verwendet, einschließlich unter anderem Mobilkommunikation, Militär- und Verteidigungssysteme und/oder Radartechnologie.Phased array antenna systems are used in a wide variety of applications, including but not limited to cellular communications, military and defense systems, and / or radar technology.
Wie in
Das Phased-Array-Antennensystem
Durch Umsetzen der T/R-Schalter
Das Frontend-System
Wie in
HF-Systeme wie etwa das Frontend-System
Das Frontend-System
Gewisse HF-Systeme weisen separate Antennen für die Übertragung und den Empfang von Signalen auf.Certain RF systems have separate antennas for transmitting and receiving signals.
Drahtloser Datenverkehr hat pro Teilnehmer mit einer Rate von über 50% pro Jahr zugenommen, und es wird erwartet, dass sich dieser Trend über die nächste Dekade mit der kontinuierlichen Verwendung von Video und dem Anstieg von loT beschleunigt. Um diese Nachfrage zu behandeln, plant die 5G-Technologie die Verwendung von Millimeterwellenfrequenzen, um das verfügbare Frequenzspektrum zu erweitern und Multi-Gigabit-pro-Sekunde(Gbps)-Datenraten zu mobilen Einrichtungen und anderen UE bereitzustellen. 5G verspricht große Flexibilität zum Unterstützen einer Vielzahl von Internetprotokoll(IP)-Einrichtungen, kleinzelligen Architekturen und/oder dichten Abdeckungsbereichen.Wireless traffic has increased at a rate of over 50% per year per subscriber, and this trend is expected to accelerate over the next decade with the continued use of video and the rise of loT. To address this demand, 5G technology plans to use millimeter wave frequencies to expand the available frequency spectrum and provide multi-gigabit-per-second (Gbps) data rates to mobile devices and other UEs. 5G promises great flexibility to support a wide variety of Internet Protocol (IP) facilities, small cell architectures, and / or dense coverage areas.
Gegenwärtige oder geplante Anwendungen für 5G weisen unter anderem Tactile Internet, V2V(Vehicle-to-Vehicle)-Kommunikation, V2I(Vehicle to Infrastructure)-Kommunikation, Peer-zu-Peer-Kommunikation und/oder Maschine-Maschine-Kommunikation, sichere geschlossene Kommunikation und externe Künstliche-Intelligenz-Datenverarbeitungsdienste auf der Cloud auf. Solche Technologien nutzen hohe Datenraten und/oder eine niedrige Netzwerklatenz. Beispielsweise müssen gewisse Anwendungen wie etwa V2V-Kommunikation und/oder Fernchirurgie mit niedriger Latenz arbeiten, um die menschliche Sicherheit sicherzustellen.Current or planned applications for 5G include Tactile Internet, V2V (Vehicle-to-Vehicle) communication, V2I (Vehicle to Infrastructure) communication, peer-to-peer communication and / or machine-to-machine communication, secure closed Communication and external artificial intelligence data processing services on the cloud. Such technologies use high data rates and / or low network latency. For example, certain applications such as V2V communication and / or remote surgery must operate with low latency to ensure human safety.
In dem mehrschichtigen Netzwerk von
Unter weiterer Bezugnahme auf
Ein Weg zum Erhöhen der Bereichsspektraleffizienz besteht in dem Schrumpfen der Zellgröße, wodurch die Anzahl von Nutzern pro Zelle reduziert und jedem Benutzer zusätzliches Spektrum geliefert wird. Somit nimmt die Gesamtnetzwerkkapazität durch Schrumpfen von Zellen und Wiederverwenden von Spektrum zu.One way to increase range spectral efficiency is to shrink the cell size, thereby reducing the number of users per cell and providing additional spectrum to each user. Thus, the overall network capacity increases by shrinking cells and reusing spectrum.
Die Lehren hierin können die Leistung von Frontend-Systemen von Basisstationen und UE, die in einem mehrstufigen Netzwerk arbeiten, steigern. Beispielsweise kann Flexibilität bereitgestellt werden, um die Resonanzfrequenz auf Basis des Arbeitsfrequenzbands zu steuern und/oder Herstellungsschwankungen zu kompensieren, wodurch die Trennung gesteigert wird.The teachings herein can improve the performance of front end systems of base stations and UEs operating in a tiered network. For example, flexibility can be provided to control the resonance frequency based on the working frequency band and / or to compensate for manufacturing fluctuations, thereby increasing the separation.
Ein erster Teil oder eine erste Gruppe der FETs (einschließlich FET
Unter weiterer Bezugnahme auf
Wenn sich der HF-Schalter
Durch Steuern der Gatespannungen des zweiten Teils der FETs (in diesem Beispiel entsprechend FET
Wenn beispielsweise das Steuersignal
den FET
Wenn außerdem das Bit b0 den FET
Dementsprechend liefern das Bit b0 und das Bit bn-1 Flexibilität zum Steuern einer Kapazität des HF-Schalters
In der dargestellten Ausführungsform sind Gatewiderstände ebenfalls enthalten, um die Trennung zwischen dem HF-Schalter
Wenn der HF-Schalter eingeschaltet ist, basiert die Einfügedämpfung des Schalters auf den Widerstandswerten der FETs zwischen dem ersten Anschluss
Die FETs können in einer großen Vielzahl von Weisen umgesetzt werden, unter anderem auch unter Verwendung von Metalloxidhalbleiter(MOS)-Transistoren, wie etwa n-MOS(NMOS)-Transistoren und/oder p-MOS(PMOS)-Transistoren. In einem Beispiel werden die MOS-Transistoren unter Verwendung eines Silizium-auf-Isolator(SOI)-Prozesses fabriziert.The FETs can be implemented in a wide variety of ways, including using metal oxide semiconductor (MOS) transistors such as n-MOS (NMOS) transistors and / or p-MOS (PMOS) transistors. In one example, the MOS transistors are fabricated using a silicon-on-insulator (SOI) process.
Obwohl der Stapel aus FETs in dieser Ausführungsform fünf Transistoren aufweist, kann der Stapel mehr oder weniger Transistoren aufweisen. Beispielsweise kann die erste Gruppe und/oder die zweite Gruppe mehr oder weniger Transistoren aufweisen. Beispielsweise kann die Anzahl von Transistoren in dem Stapel auf Basis einer großen Vielfalt von Faktoren wie etwa gewünschter Leistungsverarbeitungsfähigkeit, gewünschter EIN-Zustands-Einfügedämpfung, Arbeitsfrequenzen oder -bändern und/oder gewünschtem Bereich von Resonanzfrequenzabstimmung gewählt werden.Although the stack of FETs has five transistors in this embodiment, the stack may have more or fewer transistors. For example, the first group and / or the second group can have more or fewer transistors. For example, the number of transistors in the stack can be chosen based on a wide variety of factors such as desired power processing capability, desired ON-state insertion loss, operating frequencies or bands, and / or desired range of resonant frequency tuning.
Die erste Gruppe von FETs dient zum Ein- oder Ausschalten des HF-Schalters
In der dargestellten Ausführungsform weist jeder der FETs in dem Stapel eine Breite W und eine Länge L und einen entsprechenden EIN-Zustands-Widerstandswert R auf. Obwohl ein Beispiel gezeigt ist, in dem die FETs etwa die gleiche Geometrie aufweisen, können die FETs mit unterschiedlichen Geometrien voneinander umgesetzt werden. In einem Beispiel weisen die FETs der zweiten Gruppe unterschiedliche Gewichte gemäß einem beliebigen gewünschten Gewichtungsschema auf. Das Umsetzen der FETs der zweiten Gruppe mit Gewichtung hilft, einen breiten Abstimmbereich der Resonanzfrequenz bereitzustellen.In the illustrated embodiment, each of the FETs in the stack has a width W and a length L and a corresponding ON-state resistance R. Although an example is shown in which the FETs have approximately the same geometry, the FETs can be implemented with different geometries from one another. In one example, the FETs of the second group have different weights according to any desired weighting scheme. Implementing the FETs of the second group with weighting helps provide a wide tuning range of the resonant frequency.
Wenn FETs in dem Stapel ausgeschaltet sind, beträgt die äquivalente Aus-Kapazität Ceq etwa Coff/10, wobei Coff der Aus-Zustands-Gate-Source/-Gate-Drain-Kapazität jedes FET entspricht. Die Resonanzfrequenz für diese Einstellung entspricht etwa f0 und ist mit b0 = 0 und b1 = 0 assoziiert, in diesem Beispiel. Durch Steuern von b0 = 1 und/oder b1 = 1 kann die Aus-Zustands-Kapazität reduziert werden, um die Resonanzfrequenz des HF-Schalters
Die äquivalente Aus-Kapazität Ceq ist bei Inkorporierung in einen Zweig eines Mehrstufenschalters (beispielsweise eines Empfangszweigs eines TR-Schalters) steuerbar, indem einige oder alle der Reihen-FETs in der zweiten Gruppe (unabhängig von den FETs in der ersten Gruppe) eingeschaltet werden, während ein anderer Zweig (beispielsweise ein Sendezweig des T/R-Schalters) eingeschaltet ist. Dies wiederum ändert die äquivalente Aus-Kapazität Ceq und führt zu einer Verschiebung bei der Resonanzfrequenz des mit der Induktanz des Induktors
Obwohl fünf FETs dargestellt sind, kann eine beliebige Ganzzahl m von FETs in dem HF-Schalter
Der FET
Eine erste Resonanzfrequenzverstelleinstellung des HF-Schalters
Wie in
In einer Ausführungsform wird der Wert K für eine Doppelfrequenzbandantwort des HF-Schalters
Für n=2 Steuerbits/Steuer-FETs und insgesamt m=5 FETs wird das Kapazitätsverhältnis zum Erzielen beider Bänder 28 GHz/39 GHz für 5G für K von etwa 1,82 erfüllt (entsprechend 0,55 W/L für FET
Um ein für eine bestimmte Anwendung gewünschtes Ron*Coff-Verhältnis zu erzielen, kann die Bauelementbemessung so gewählt werden, dass Resonanz bei den interessierenden Frequenzbändern mit wenig bis keiner Auswirkung auf den EIN-Zustands-Betrieb und/oder einer Erhöhung bei dem Pfadverlust erzielt wird.To achieve a desired Ron * Coff ratio for a particular application, device sizing can be chosen to resonate at the frequency bands of interest with little to no effect on ON-state operation and / or an increase in path loss .
In dem Beispiel von
Der Empfangszweig
Der Sendezweig
Der Empfangszweig
In der dargestellten Ausführungsform sind sowohl der Empfangszweig
Obwohl für den Fall eines Sende-/Empfangsschalters dargestellt, lassen sich die Lehren hierin auf einen beliebigen geeigneten HF-Schalter anwenden.Although shown for the case of a transmit / receive switch, the teachings herein apply to any suitable RF switch.
Obwohl eine Ausführungsform einer Schaltungsanordnung, die für das Steuern eines HF-Schalters geeignet ist, gezeigt ist, können die HF-Schalter hierin auf andere Weisen gesteuert werden.Although one embodiment of circuitry suitable for controlling an RF switch is shown, the RF switches herein can be controlled in other ways.
Die
Obwohl verschiedene Beispiele von Leistungsergebnissen gezeigt worden sind, können Simulations- oder Messergebnisse auf Basis einer großen Vielzahl an Faktoren, wie etwa Simulationsmodellen, Simulationstools, Simulationsparameter, Messbedingungen, Fabrikationstechnologie und/oder Umsetzungsdetails variieren. Dementsprechend sind andere Ergebnisse möglich.Although various examples of performance results have been shown, simulation or measurement results may vary based on a wide variety of factors such as simulation models, simulation tools, simulation parameters, measurement conditions, fabrication technology, and / or implementation details. Accordingly, other results are possible.
AnwendungenApplications
Einrichtungen, die die oben beschriebenen Schemata verwenden, können in verschiedenen Elektronikeinrichtungen umgesetzt werden. Zu Beispielen für Elektronikeinrichtungen zählen unter anderem HF-Kommunikationssysteme, Verbraucherelektronikprodukte, elektronisches Testgerät, Kommunikationsinfrastruktur usw. Beispielsweise können ein oder mehrere HF-Schalter in einem großen Bereich von Kommunikationssystemen enthalten sein, einschließlich unter anderem Radarsysteme, Basisstationen, mobiler Einrichtungen (beispielsweise Smartphones oder Handsets), Phased-Array-Antennensysteme, Laptop-Computer, Tablets und tragbarer Elektronik.Devices using the schemes described above can be implemented in various electronic devices. Examples of electronic devices include, but are not limited to, RF communications systems, consumer electronics products, electronic test equipment, communications infrastructure, etc. For example, one or more RF switches may be included in a wide range of communications systems, including but not limited to radar systems, base stations, mobile devices (e.g., smartphones or handsets ), Phased array antenna systems, laptop computers, tablets, and portable electronics.
Die Lehren hierin lassen sich auf HF-Kommunikationssysteme anwenden, die über einen großen Bereich von Frequenzen arbeiten, einschließlich nicht nur HF-Signalen zwischen 100 MHz und 7 GHz, sondern auch höherer Frequenzen wie jener in dem X-Band (etwa 7 GHz bis 12 GHz), dem Ku-Band (etwa 12 GHz bis 18 GHz), dem K-Band (etwa 18 GHz bis 27 GHz), dem Ka-Band (etwa 27 GHz bis 40 GHz), dem V-Band (etwa 40 GHz bis 75 GHz) und/oder dem W-Band (etwa 75 GHz bis 110 GHz). Dementsprechend lassen sich die Lehren hierin auf eine große Vielzahl von HF-Kommunikationssystemen anwenden, einschließlich Mikrowellenkommunikationssystemen.The teachings herein apply to RF communication systems that operate over a wide range of frequencies, including not only RF signals between 100 MHz and 7 GHz, but also higher frequencies such as those in the X-band (approximately 7 GHz to 12 GHz) GHz), the K u band (about 12 GHz to 18 GHz), the K band (about 18 GHz to 27 GHz), the K a band (about 27 GHz to 40 GHz), the V band (about 40 GHz to 75 GHz) and / or the W band (around 75 GHz to 110 GHz). Accordingly, the teachings herein apply to a wide variety of RF communication systems, including microwave communication systems.
Die durch die HF-Schalter hierin verarbeiteten Signale können mit einer Vielzahl von Kommunikationsstandards assoziiert sein, einschließlich unter anderem GSM (Global System for Mobile Communications), EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution), CDMA (Code Division Multiple Access), W-CDMA (Wideband CDMA), 3G, LTE (Long Term Evolution), 4G und/oder 5G sowie andere proprietäre und nichtproprietäre Kommunikationsstandards.The signals processed by the RF switches herein may be associated with a variety of communication standards including but not limited to GSM (Global System for Mobile Communications), EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution), CDMA (Code Division Multiple Access), W- CDMA (Wideband CDMA), 3G, LTE (Long Term Evolution), 4G and / or 5G as well as other proprietary and non-proprietary communication standards.
Die obige Beschreibung kann sich auf Elemente oder Merkmale als miteinander „verbunden“ oder „gekoppelt“ beziehen. Wie hierin verwendet, bedeutet „verbunden“, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist, dass ein Element/Merkmal direkt oder indirekt mit einem anderen Element/Merkmal und nicht notwendigerweise mechanisch verbunden ist. Gleichermaßen bedeutet „gekoppelt“, sofern nicht anderweitig ausdrücklich festgestellt ist, dass ein Element/Merkmal mit einem anderem Element/Merkmal direkt oder indirekt und nicht notwendigerweise mechanisch gekoppelt ist. Obwohl die in den Figuren gezeigten verschiedenen Schemata Beispielanordnungen von Elementen und Komponenten zeigen, können zusätzliche dazwischenliegende Elemente, Einrichtungen, Merkmale oder Komponenten somit in einer tatsächlichen Ausführungsform vorliegen (unter der Annahme, dass die Funktionalität der dargestellten Schaltungen nicht beeinträchtigt ist).The above description may refer to elements or features as being "connected" or "coupled" together. As used herein, unless expressly stated otherwise, “connected” means that one element / feature is directly or indirectly connected to another element / feature and is not necessarily mechanically connected. Likewise, unless expressly stated otherwise, “coupled” means that one element / feature is directly or indirectly coupled to another element / feature and not necessarily mechanically. Thus, while the various schemes shown in the figures show example arrangements of elements and components, additional intervening elements, devices, features or components may exist in an actual embodiment (assuming that the functionality of the illustrated circuits is not impaired).
Wenngleich gewisse Ausführungsformen beschrieben worden sind, sind diese Ausführungsformen nur als Beispiele vorgelegt worden, und sollen nicht den Schutzbereich der Offenbarung begrenzen. Tatsächlich können die neuartige Vorrichtung, die Verfahren und Systeme, die hierin beschrieben werden, in einer Vielzahl anderer Formen verkörpert werden; weiterhin können verschiedene Auslassungen, Substitutionen und Änderungen an der Form der hierin beschriebenen Verfahren und Systeme vorgenommen werden, ohne von dem Gedanken der Offenbarung abzuweichen. Beispielsweise können, obwohl die hierin offenbarten Ausführungsformen in einer gegebenen Anordnung vorgelegt werden, alternative Ausführungsformen ähnliche Funktionalitäten mit anderen Komponenten und/oder Schaltungstopologien durchführen, und einige Elemente können gelöscht, bewegt, hinzugefügt, unterteilt, kombiniert und/oder modifiziert werden. Jedes dieser Elemente kann in einer Vielzahl von unterschiedlichen Weisen umgesetzt werden. Eine beliebige Kombination der Elemente und Handlungen der oben beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen ist denkbar, um weitere Ausführungsformen zu bereitzustellen. Dementsprechend wird der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nur durch Bezugnahme auf die beigefügten Ansprüche definiert. Gemäß einem Aspekt weist ein HF-Schalter einen Stapel aus zwei oder mehr Feldeffekttransistoren (FETs) auf, die elektrisch zwischen einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss geschaltet sind. Außerdem weist der HF-Schalter ferner einen Induktor auf, der zwischen den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss und parallel mit dem Stapel aus FETs geschaltet ist. Ein erster Teil der FETs wird gesteuert, um den HF-Schalter ein- oder auszuschalten. Außerdem wird ein zweiter Teil der FETs gesteuert, um eine Resonanzfrequenz des HF-Schalter abzustimmen, wenn der HF-Schalter ausgeschaltet ist.While certain embodiments have been described, these embodiments have been presented as examples only and are not intended to limit the scope of the disclosure. Indeed, the novel apparatus, methods, and systems described herein can be embodied in a variety of other forms; further, various omissions, substitutions, and changes in the form of the methods and systems described herein can be made without departing from the spirit of the disclosure. For example, while the embodiments disclosed herein are presented in a given arrangement, alternative embodiments may perform similar functionality with other components and / or circuit topologies, and some elements may be deleted, moved, added, subdivided, combined, and / or modified. Each of these elements can be implemented in a variety of different ways. Any combination of the elements and acts of the various embodiments described above is conceivable to provide further embodiments. Accordingly, the scope of the present invention is to be defined only by reference to the appended claims. According to one aspect, an RF switch has a stack of two or more field effect transistors (FETs) that are electrically connected between a first connection and a second connection. In addition, the RF switch further includes an inductor connected between the first terminal and the second terminal and in parallel with the stack of FETs. A first part of the FETs is controlled to turn the RF switch on or off. In addition, a second part of the FETs is controlled to tune a resonant frequency of the RF switch when the RF switch is off.
Obwohl die hier vorgelegten Ansprüche zur Einreichung bei dem USPTO im Format einer einzelnen Abhängigkeit vorliegen, versteht sich, dass jeder Anspruch von einem beliebigen vorausgegangenen Anspruch von dem gleichen Typ abhängen kann, außer dort, wo dies eindeutig nicht technisch durchführbar ist.While the claims presented herein are in the form of a single dependency for filing with the USPTO, it should be understood that any claim may depend on any preceding claim of the same type except where it is clearly not technically feasible.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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