DE102020109391A1 - HIGH FREQUENCY SWITCH WITH CONTROLLABLE RESONANCE FREQUENCY - Google Patents

HIGH FREQUENCY SWITCH WITH CONTROLLABLE RESONANCE FREQUENCY Download PDF

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Amr Reda Saad Ezz
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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. 62/829,219 mit dem Titel „RADIO FREQUENCY SWITCHES WITH CONTROLLABLE RESONANT FREQUENCY“ und gegenüber der am 11. März 2020 eingereichten nichtvorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 16/815,694 . Sie sind hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gänze aufgenommen.This application claims priority over U.S. Provisional Patent Application No. 62 / 829,219 entitled "RADIO FREQUENCY SWITCHES WITH CONTROLLABLE RESONANT FREQUENCY" and as opposed to U.S. Non-Provisional Patent Application No. 16 / 815,694 . They are hereby incorporated by reference in their entirety.

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

  • 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 von 7A. 7B FIG. 14 is a schematic diagram of a second resonant frequency shift setting of the RF switch of FIG 7A .
  • 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 von 9 aufweisenden Halbleiter-Die. 9B FIG. 13 is a schematic diagram of one embodiment of the T / R switch of FIG 9 comprising semiconductor die.
  • 10A ist ein Beispiel einer grafischen Darstellung von Verlust über Frequenz für den Empfangszweig des T/R-Schalters von 9A. 10A FIG. 13 is an example of a loss versus frequency graph for the receive leg of the T / R switch of FIG 9A .
  • 10B ist ein Beispiel einer grafischen Darstellung einer Reverse Isolation über der Frequenz für den Empfangszweig des T/R-Schalters von 9A. 10B FIG. 13 is an example of a graph of reverse isolation versus frequency for the receive branch of the T / R switch of FIG 9A .
  • 10C ist ein Beispiel einer grafischen Darstellung von Verlust über Frequenz für den Empfangszweig des T/R-Schalters von 9A. 10C FIG. 13 is an example of a loss versus frequency graph for the receive leg of the T / R switch of FIG 9A .
  • 10D ist ein Beispiel einer grafischen Darstellung einer Reverse Isolation über der Frequenz für den Empfangszweig des T/R-Schalters von 9A. 10D FIG. 13 is an example of a graph of reverse isolation versus frequency for the receive branch of the T / R switch of FIG 9A .

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.

1 ist Schemadiagramm einer Ausführungsform eines Phased-Array-Antennensystems 10. Das Phased-Array-Antennensystem 10 weist eine digitale Verarbeitungsschaltung 1, eine Datenumwandlungsschaltung 2, eine Kanalverarbeitungsschaltung 3, HF-Frontends 5a, 5b, ..., 5n und Antennen 6a, 6b, ..., 6n auf. Obwohl ein Beispiel mit drei HF-Frontends und drei Antennen dargestellt ist, kann das Phased-Array-Antennensystem 10 mehr oder weniger HF-Frontends und/oder mehr oder weniger Antennen, wie durch die Ellipsen angezeigt, aufweisen. 1 Figure 13 is a schematic diagram of one embodiment of a phased array antenna system 10 . The phased array antenna system 10 has a digital processing circuit 1 , a data conversion circuit 2 , a channel processing circuit 3 , RF front ends 5a , 5b , ..., 5n and antennas 6a , 6b , ..., 6n on. Although an example with three RF front ends and three antennas is shown, the phased array antenna system 10 have more or fewer HF front ends and / or more or fewer antennas, as indicated by the ellipses.

Das Phased-Array-Antennensystem 10 stellt eine Ausführungsform eines Elektroniksystems dar, das einen oder mehrere gemäß den Lehren hierin umgesetzte Schalter aufweisen kann. Jedoch können die hierin offenbarten Schalter in einem großen Bereich von Elektroniken verwendet werden. Ein Phased-Array-Antennensystem wird hierin auch als ein aktiv abgetastetes elektronisch geschwenktes Array bezeichnet.The phased array antenna system 10 FIG. 10 illustrates one embodiment of an electronic system that may include one or more switches implemented in accordance with the teachings herein. However, the switches disclosed herein can be used in a wide variety of electronics. A phased array antenna system is also referred to herein as an actively scanned electronically panned array.

Wie in 1 gezeigt, ist die Kanalverarbeitungsschaltung 3 an die Antenne 6a, 6b, ..., 6n durch HF-Frontends 5a, 5b, ..., 5n gekoppelt. Die Kanalverarbeitungsschaltung 3 in dieser Ausführungsform weist eine Aufspaltungs-/Kombinierschaltung 7, eine Frequenz-Hoch-/Tiefsetzschaltung 8 und eine Phasen- und Amplitudensteuerschaltung 9 auf. Die Kanalverarbeitungsschaltung 3 liefert eine HF-Signalverarbeitung von durch und von jedem Kommunikationskanal gesendeten und empfangenen HF-Signalen bereit. In der dargestellten Ausführungsform ist jeder Kommunikationskanal mit einem entsprechenden HF-Frontend und einer Antenne assoziiert.As in 1 shown is the channel processing circuit 3 to the antenna 6a , 6b , ..., 6n through HF frontends 5a , 5b , ..., 5n coupled. The channel processing circuit 3 in this embodiment comprises a splitting / combining circuit 7th , a frequency boost / buck circuit 8th and a phase and amplitude control circuit 9 on. The channel processing circuit 3 provides RF signal processing of RF signals transmitted and received by and from each communication channel. In the illustrated embodiment, each communication channel is associated with a corresponding RF front end and antenna.

Unter weiterer Bezugnahme auf 1 generiert die digitale Verarbeitungsschaltung 1 digitale Sendedaten zum Steuern eines von den Antennen 6a, 6b, ..., 6n abgestrahlten Sendestrahls. Die digitale Verarbeitungsschaltung 1 verarbeitet auch digitale Empfangsdaten, die einen Empfangsstrahl darstellen. In bestimmten Umsetzungen weist die digitale Verarbeitungsschaltung 1 einen oder mehrere Basisbandprozessoren auf.With further reference to 1 generates the digital processing circuit 1 digital broadcast data for controlling one of the antennas 6a , 6b , ..., 6n emitted transmission beam. The digital processing circuit 1 also processes digital received data representing a received beam. In certain implementations, the digital processing circuitry has 1 one or more baseband processors.

Wie in 1 gezeigt, ist die digitale Verarbeitungsschaltung 1 an die Datenumwandlungsschaltung 2 gekoppelt, die eine Digital-Analog-Wandler(DAW)-Schaltungsanordnung zum Umwandeln digitaler Sendedaten in ein oder mehrere Basisbandsendesignale und eine Analog-Digital-Wandler(ADW)-Schaltungsanordnung zum Umwandeln eines oder mehrerer Basisbandempfangssignale in digitale Empfangsdaten aufweist.As in 1 shown is the digital processing circuit 1 to the data conversion circuit 2 coupled, which has a digital-to-analog converter (DAC) circuit arrangement for converting digital transmission data into one or more baseband transmission signals and an analog-to-digital converter (ADC) circuit arrangement for converting one or more baseband reception signals into digital reception data.

Die Frequenz-Hoch-/Tiefsetzschaltung 8 liefert in dieser Ausführungsform ein Frequenzhochsetzen von Basisband zu HF und ein Frequenztiefsetzen von HF zu Basisband. Jedoch sind andere Umsetzungen möglich, wie etwa Ausbildungen, bei denen das Phased-Array-Antennensystem 10 teilweise bei einer Zwischenfrequenz (ZF) arbeitet. In gewissen Umsetzungen liefert die Aufspaltungs-/Kombinierungsschaltung 7 an ein oder mehrere hinsichtlich der Frequenz hochgesetzte Sendesignale, um HF-Signale zu generieren, die sich für eine Verarbeitung durch die HF-Frontends 5a, 5b, ..., 5n und eine nachfolgende Übertragung auf den Antennen 6a, 6b, ..., 6n eignen. Außerdem kombiniert die Aufspaltungs-/Kombinierungsschaltung 7 über die Antennen 6a, 6b, ..., 6n und HF-Frontends 5a, 5b, ..., 5n empfangene HF-Signale, um ein oder mehrere Basisbandempfangssignale für die Datenumwandlungsschaltung 2 zu generieren.The frequency boost / buck circuit 8th in this embodiment provides a frequency boost from baseband to RF and a frequency boost from RF to baseband. However, other implementations are possible, such as designs using the phased array antenna system 10 partially works at an intermediate frequency (IF). In certain implementations, the split / combine circuit provides 7th to one or more frequency-boosted transmit signals in order to generate RF signals that are suitable for processing by the RF front-ends 5a , 5b , ..., 5n and a subsequent transmission on the antennas 6a , 6b , ..., 6n suitable. In addition, the splitting / combining circuit combines 7th about the antennas 6a , 6b , ..., 6n and RF front ends 5a , 5b , ..., 5n received RF signals to one or more baseband receive signals for the data conversion circuit 2 to generate.

Die Kanalverarbeitungsschaltung 3 weist auch die Phase- und Amplitudensteuerschaltung 9 zum Steuern von Strahlformoperationen auf. Beispielsweise steuert die Phase- und Amplitudensteuerschaltung 9 die Amplituden und Phasen von über die Antennen 6a, 6b, ..., 6n übertragenen oder empfangenen Signalen, um eine Strahlformung bereitzustellen. Bezüglich der Signalübertragung aggregieren die von den Antennen 6a, 6b, ..., 6n abgestrahlten HF-Signalwellen durch konstruktive und destruktive Interferenz, um kollektiv einen Sendestrahl mit einer bestimmten Richtung zu generieren. Bezüglich des Signalempfangs generiert die Kanalverarbeitungsschaltung 3 einen Empfangsstrahl durch Kombinieren der von den Antennen 6a, 6b, ..., 6n nach Amplitudenskalierung und Phasenverschiebung empfangenen HF-Signalen.The channel processing circuit 3 also has the phase and amplitude control circuitry 9 for controlling beamforming operations. For example, the phase and amplitude control circuit controls 9 the amplitudes and phases of via the antennas 6a , 6b , ..., 6n transmitted or received signals to provide beamforming. In terms of signal transmission, those from the antennas aggregate 6a , 6b , ..., 6n radiated RF signal waves through constructive and destructive interference to collectively generate a transmit beam with a specific direction. With regard to the signal reception, the channel processing circuit generates 3 a receive beam by combining those from the antennas 6a , 6b , ..., 6n to Amplitude scaling and phase shifting of received RF signals.

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 1 gezeigt, weisen HF-Frontends 5a, 5b, ..., 5n jeweils einen oder mehrere VGAs 11a, 11b, ..., 11n auf, die zum Skalieren der Amplitude von jeweils durch die Antennen 6a, 6b, ..., 6n übertragenen oder empfangenen HF-Signalen verwendet werden. Außerdem weisen die HF-Frontends 5a, 5b, ..., 5n jeweils einen oder mehrere Phasenschieber 12a, 12b, ..., 12n zum Phasenverschieben der HF-Signale auf. Beispielsweise generiert in gewissen Umsetzungen die Phase- und Amplitudensteuerschaltung 9 Verstärkungssteuersignale zum Steuern der durch die VGAs 11a, 11b, ..., 11n bereitgestellten Verstärkung und Phasensteuersignale zum Steuern des Ausmaßes an durch die Phasenschieber 12a, 12b, ..., 12n bereitgestellter Phasenverschiebung. Weiterhin weisen die HF-Frontends 5a, 5b, ..., 5n jeweils einen oder mehrere T/R-Schalter 13a, 13b, ..., 13n zum Wählen zwischen Sende- und Empfangssignalen auf, so dass die Antennen 6a, 6b, ..., 6n gemeinsam für Sende- und Empfangsoperationen genutzt werden, wie etwa in Anwendungen, die ein Time-Division Duplexing (TDD) verwenden.As in 1 shown have RF front ends 5a , 5b , ..., 5n one or more VGAs each 11a , 11b , ..., 11n on that to scale the amplitude of each one by the antennas 6a , 6b , ..., 6n transmitted or received RF signals. In addition, the HF front ends 5a , 5b , ..., 5n one or more phase shifters each 12a , 12b , ..., 12n to phase shift the RF signals. For example, in certain implementations, the phase and amplitude control circuit generates 9 Gain control signals for controlling the voltage generated by the VGAs 11a , 11b , ..., 11n provided gain and phase control signals for controlling the amount of by the phase shifters 12a , 12b , ..., 12n phase shift provided. Furthermore, the HF front ends 5a , 5b , ..., 5n one or more T / R switches each 13a , 13b , ..., 13n to choose between transmit and receive signals, so the antennas 6a , 6b , ..., 6n can be used together for send and receive operations, such as in applications that use time division duplexing (TDD).

Das Phased-Array-Antennensystem 10 arbeitet zum Generieren eines Sendestrahls oder Empfangsstrahls aufweisend eine Hauptkeule, die in eine gewünschte Kommunikationsrichtung weist. Das Phased-Array-Antennensystem 10 realisiert ein erhöhtes Signal-Rausch-Verhältnis (SRV) in der Richtung der Hauptkeule. Der Sende- oder Empfangsstrahl weist auch eine oder mehrere Nebenkeulen auf, die in andere Richtungen als die Hauptkeule weisen und unerwünscht sind.The phased array antenna system 10 works to generate a transmit beam or a receive beam having a main lobe pointing in a desired communication direction. The phased array antenna system 10 realizes an increased signal-to-noise ratio (SNR) in the direction of the main lobe. The transmit or receive beam also has one or more side lobes which point in different directions than the main lobe and are undesirable.

Durch Umsetzen der T/R-Schalter 13a, 13b, ..., 13n gemäß den Lehren hierin kann eine Reihe von Vorteilen erzielt werden, wie etwa Mehrbandbetrieb und/oder gesteigerte Trennung zwischen Sende- und Empfangsweg. Wenn beispielsweise die T/R-Schalter 13a, 13b, ..., 13n HF-Sendesignale an die Antennen 5a, 5b, ..., 5n übertragen, um einen Sendestrahl zu bilden, wird eine erhöhte Trennung für die deaktivierten Empfangspfade bereitgestellt.By moving the T / R switch 13a , 13b , ..., 13n according to the teachings herein, a number of advantages can be achieved, such as multi-band operation and / or increased separation between the transmit and receive paths. For example, if the T / R switch 13a , 13b , ..., 13n RF transmission signals to the antennas 5a , 5b , ..., 5n transmitted to form a transmit beam, increased separation is provided for the deactivated receive paths.

2A ist ein Schemadiagramm einer Ausführungsform eines Frontend-Systems 30 mit T/R-Schaltern. Das Frontend-System 30 weist einen ersten T/R-Schalter 21, einen zweiten T/R-Schalter 22, einen Empfangspfad-VGA 23, einen Sendepfad-VGA 24, einen Empfangspfad-steuerbaren Phasenschieber 25, einen Sendepfad-Phasenschieber 26, einen rauscharmen Verstärker (LNA) 27 und einen Leistungsverstärker (PA) 28 auf. Wie in 2A gezeigt, ist das Frontend-System 30 als an die Antenne 20 gekoppelt dargestellt. 2A Figure 3 is a schematic diagram of one embodiment of a front end system 30th with T / R switches. The front-end system 30th has a first T / R switch 21, a second T / R switch 22nd , a receive path VGA 23 , a send path VGA 24 , a receive path controllable phase shifter 25th , a transmit path phase shifter 26th , a low noise amplifier (LNA) 27 and a power amplifier (PA) 28 on. As in 2A shown is the front-end system 30th than to the antenna 20th shown coupled.

Das Frontend-System 30 kann in einer großen Vielzahl von HF-Systemen enthalten sein, aufweisend, aber nicht beschränkt auf, Phased-Array-Antennensysteme wie etwa das Phased-Array-Antennensystem 10 von 1. Beispielsweise können mehreren Instanziierungen des Frontend-Systems 30 zum Umsetzen der HF-Frontends 5a, 5b, ..., 5n von 1 verwendet werden. In gewissen Umsetzungen werden eine oder mehrere Instanziierungen des Frontend-Systems 30 auf einem Halbleiter-Die oder Chip hergestellt.The front-end system 30th may be included in a wide variety of RF systems including, but not limited to, phased array antenna systems such as the phased array antenna system 10 from 1 . For example, multiple instantiations of the front-end system 30th to implement the HF frontends 5a , 5b , ..., 5n from 1 be used. In certain implementations, one or more instantiations of the front-end system 30th manufactured on a semiconductor die or chip.

Wie in 2A gezeigt, weist das Frontend-System 30 den Empfangspfad-VGA 23 zum Steuern eines Ausmaßes an Verstärkung, dem auf der Antenne 20 empfangenen HF-Eingangssignal bereitgestellt, und den Sendepfad-VGA 24, zum Steuern eines Ausmaßes an Verstärkung, an ein auf der Antenne 20 übertragenes HF-Ausgangssignal bereitgestellt, auf. Die durch die VGAs bereitgestellte Verstärkungssteuerung kann einer großen Vielzahl an Zwecken dienen, einschließlich unter anderem Kompensieren für Temperatur- und/oder Prozessschwankung. Zudem können die VGAs bei Strahlformungsanwendungen Nebenkeulenpegel eines Strahlmusters steuern.As in 2A shown shows the front-end system 30th the receive path VGA 23 to control an amount of gain that is on the antenna 20th received RF input signal and the transmit path VGA 24 , for controlling an amount of gain, at an on the antenna 20th transmitted RF output signal provided on. The gain control provided by the VGAs can serve a wide variety of purposes including, but not limited to, compensating for temperature and / or process variation. In addition, in beamforming applications, the VGAs can control the sidelobe levels of a beam pattern.

HF-Systeme wie etwa das Frontend-System 30 von 2A können einen oder mehrere T/R-Schalter zum Steuern des Zugangs von Sende- und Empfangspfaden zu einer Antenne aufweisen. Obwohl ein Beispiel eines HF-Systems mit T/R-Schaltern gezeigt ist, lassen sich die Lehren hierin auf in einer großen Vielzahl von Weisen umgesetzte HF-Systeme anwenden. Weiterhin lassen sich die Lehren hierin nicht auf T/R-Schalter anwenden, sondern auch auf HF-Schalter, die anderen Funktionen dienen.RF systems such as the front-end system 30th from 2A may have one or more T / R switches to control access of transmit and receive paths to an antenna. Although an example of an RF system with T / R switches is shown, the teachings herein apply to RF systems implemented in a wide variety of ways. Furthermore, the teachings herein do not apply to T / R switches but also to RF switches that serve other functions.

2B ist ein Schemadiagramm einer anderen Ausführungsform eines Frontend-Systems 40 mit T/R-Schaltern. Das Frontend-System 40 von 2B ist ähnlich dem Frontend-System 30 von 2A, außer dass bei dem Frontend-System 40 der zweite T/R-Schalter 22 entfällt. Wie in 2B gezeigt, ist das Frontend-System 40 als an eine Empfangsantenne 31 und an eine Sendeantenne 32 gekoppelt dargestellt. 2 B Figure 13 is a schematic diagram of another embodiment of a front end system 40 with T / R switches. The front-end system 40 from 2 B is similar to the front-end system 30th from 2A except for the front-end system 40 the second T / R switch 22nd not applicable. As in 2 B shown is the front-end system 40 than to a receiving antenna 31 and to a transmitting antenna 32 shown coupled.

Das Frontend-System 40 arbeitet mit verschiedenen Antennen für Signalübertragung und -empfang. In der dargestellten Ausführungsform steuert der Empfangspfad-VGA 23 ein Ausmaß an Verstärkung, einem auf der Empfangsantenne 31 empfangenen HF-Eingangssignal bereitgestellt, und der Sendepfad-VGA 24 steuert ein Ausmaß an Verstärkung, einem auf der zweiten Antenne 32 übertragenen HF-Ausgangssignal bereitgestellt.The front-end system 40 works with different antennas for signal transmission and reception. In the illustrated embodiment, the receive path controls VGA 23 an amount of gain, one on the receiving antenna 31 received RF input signal provided, and the Send Path VGA 24 controls an amount of gain, one on the second antenna 32 transmitted RF output signal provided.

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.

3 ist ein Schemadiagramm eines Beispiels eines mehrschichtigen schnellen Datenkommunikationsnetzwerks. Das Netzwerk kann beispielsweise verschiedene mobile Endbenutzer, Industrie-4.0-Ecosystem-Support und Kommunikationsinfrastruktur für autonomes Fahren aufweisen. Dies unterstützt Künstliche-Intelligenz-Datenkommunikation und einen schnellen Echtzeit-Entscheidungsfindungsprozess sowie sichere geschlossene Netzwerke. 3 Figure 13 is a schematic diagram of an example of a multi-layer high speed data communication network. For example, the network can have various mobile end users, Industry 4.0 ecosystem support and communication infrastructure for autonomous driving. This supports artificial intelligence data communication and a fast real-time decision-making process as well as secure closed networks.

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 3 entwickelt sich das existierende zellenbasierte Netzwerk, um 5G zu unterstützen, wobei WiFI-Übernahme, kleine Zellen und/oder die Verteilung von Breitbanddaten Servern an den Rändern des Netzwerks (Randserver) nutzt, um neue Verwendungsfälle mit geringerer Latenz zu ermöglichen. Wie in dem Beispiel von 3 gezeigt, verbindet ein Backhaul eine feste Zellularinfrastruktur mit dem Kerntelefonnetzwerk und dem Internet. Somit führt Backhaul Verkehr zwischen dem lokalen Teilnetzwerk (zum Beispiel Verbindungen zwischen UE und Netzwerkzugangspunkten wie etwa Basisstationen) und dem Kernnetzwerk (beispielsweise dem Internet und der Mobilfunkverbindungsstelle). Das mehrstufige Netzwerk von 3 ist auch dazu umgesetzt, unter Verwendung von Industrie 4.0 zu arbeiten, wodurch Augmented Reality und/oder Echtzeit-Künstliche-Intelligenz (AI) über die Cloud ermöglicht wird.In the multilayer network of 3 The existing cell-based network is evolving to support 5G, with WiFi takeover, small cells and / or broadband data distribution using servers at the edges of the network (edge servers) to enable new use cases with lower latency. As in the example of 3 shown, a backhaul connects a fixed cellular infrastructure to the core telephone network and the Internet. Thus, backhaul traffic carries between the local sub-network (e.g. connections between UE and network access points such as base stations) and the core network (e.g. the Internet and the cellular connection point). The multi-level network of 3 is also implemented to work using Industry 4.0, which enables augmented reality and / or real-time artificial intelligence (AI) via the cloud.

Unter weiterer Bezugnahme auf 3 nutzt die dargestellte mehrstufige Architektur 4G(Fourth Generation)-Zellen mit größerer Abdeckung mit einem darunterliegenden Netzwerk aus enger beabstandeten 5G-Basisstationen. Das Umsetzen des mehrstufigen Netzwerks von 3 auf diese Weise liefert eine Reihe von Vorteilen, einschließlich Flexibilität beim Bereitstellen verschiedener Stufen von Kanalzugangspriorität für verschiedene Arten von Verbindungen. Beispielsweise können Makrozellen, kleine Zellen und/oder Einrichtung-zu-Einrichtung-Verbindungen mit variierenden Prioritäten für den Kanalzugang arbeiten.With further reference to 3 uses the illustrated multi-level architecture 4G (fourth generation) cells with greater coverage with an underlying network of more closely spaced 5G base stations. The implementation of the multilevel network of 3 doing so provides a number of advantages including flexibility in providing different levels of channel access priority for different types of connections. For example, macro cells, small cells, and / or device-to-device connections may operate with varying priorities for channel access.

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.

4 ist ein Schemadiagramm eines HF-Schalters 50 gemäß einer Ausführungsform. Der HF-Schalter 50 weist mehrere FETs (in diesem Beispiel 31, 32a, 32b) in Reihe zwischen einem ersten Anschluss T1 und einem zweiten Anschluss T2 auf. Außerdem weist der HF-Schalter 50 weiterhin einen Induktor 35 auf, der zwischen den ersten Anschluss T1 und den zweiten Anschluss T2 und parallel mit den FETs geschaltet ist. Der Induktor 35 weist in diesem Beispiel eine Induktanz L0 auf. 4th Figure 3 is a schematic diagram of an RF switch 50 according to one embodiment. The RF switch 50 has multiple FETs (in this example 31, 32a, 32b) in series between a first terminal T1 and a second port T2 on. In addition, the RF switch 50 still an inductor 35 on that between the first connector T1 and the second port T2 and is connected in parallel with the FETs. The inductor 35 has an inductance L 0 in this example.

Ein erster Teil oder eine erste Gruppe der FETs (einschließlich FET 31 in diesem Beispiel) werden gesteuert, um den HF-Schalter 50 ein- oder auszuschalten. Beispielsweise wird ein Steuersignal

Figure DE102020109391A1_0001
(das in diesem Beispiel logisch invertiert ist) verwendet, um den FET 31 ein- oder auszuschalten, um dadurch den HF-Schalter 50 zu einem EIN-Zustand oder einem AUS-Zustand zu steuern. Obwohl ein Beispiel mit einem FET, der zum Ein- oder Ausschalten des HF-Schalters verwendet wird, gezeigt ist, können zusätzliche FETs verwendet werden, um den HF-Schalter ein- oder auszuschalten. Beispielsweise können ein oder mehrere zusätzliche FETs in Reihe mit dem FET 31 platziert werden, um die Leistungsverarbeitungsfähigkeit des HF-Schalters 50 zu steigern.A first part or group of the FETs (including FET 31 in this example) are controlled to the RF switch 50 on or off. For example, a control signal
Figure DE102020109391A1_0001
(which is logically inverted in this example) used the FET 31 on or off, thereby activating the RF switch 50 to an ON state or an OFF state. Although an example is shown with a FET used to turn the RF switch on or off additional FETs can be used to turn the RF switch on or off. For example, one or more additional FETs can be in series with the FET 31 placed to the power handling capability of the RF switch 50 to increase.

Unter weiterer Bezugnahme auf 4 wird ein zweiter Teil oder eine zweite Gruppe der FETs (einschließlich FET 32a und FET 32b in diesem Beispiel) gesteuert, um eine Resonanzfrequenz des HF-Schalters 50 zu verstellen. Beispielsweise steuert ein Bit b0 den FET 32a, während ein Bit bn-1 den FET 32b steuert. Obwohl ein Beispiel mit zwei FETs, die zur Resonanzfrequenzverstellung verwendet werden, gezeigt ist, können mehr oder weniger FETs zum Steuern der Resonanzfrequenz des HF-Schalters 50 verwendet werden.With further reference to 4th becomes a second part or group of FETs (including FET 32a and FET 32b in this example) controlled to a resonance frequency of the RF switch 50 to adjust. For example, a bit b 0 controls the FET 32a while a bit b n-1 controls the FET 32b controls. Although an example is shown with two FETs used for resonance frequency adjustment, more or fewer FETs can be used to control the resonance frequency of the RF switch 50 be used.

Wenn sich der HF-Schalter 50 in dem AUS-Zustand befindet, weist der HF-Schalter 50 eine Resonanzfrequenz auf, die auf einem Produkt aus einer Induktanz des Induktors 50 (in diesem Beispiel entsprechend L0) und einer Kapazität des Stapels von FETs, der zwischen dem ersten Anschluss T1 und dem zweiten Anschluss T2 vorliegt, basiert.When the RF switch 50 is in the OFF state, the RF switch 50 a resonance frequency based on a product of an inductance of the inductor 50 (in this example corresponding to L 0 ) and a capacitance of the stack of FETs between the first connection T1 and the second port T2 is present, based.

Durch Steuern der Gatespannungen des zweiten Teils der FETs (in diesem Beispiel entsprechend FET 32a und FET 32b) in den AUS-Zustand wird die Kapazität geändert. Dementsprechend kann die Resonanzfrequenz des HF-Schalters 50 abgestimmt werden.By controlling the gate voltages of the second part of the FETs (in this example corresponding to FET 32a and FET 32b ) to the OFF state, the capacity is changed. Accordingly, the resonance frequency of the RF switch 50 be matched.

Wenn beispielsweise das Steuersignal

Figure DE102020109391A1_0001
den FET 31 ausschaltet, um den HF-Schalter 50 in dem AUS-Zustand zu betreiben, liegen die Gate-Source-Kapazität und die Gate-Drain-Kapazität des FET 31 (in diesem Beispiel beide gleich etwa Coff) in Reihe zwischen dem ersten Anschluss T1 und dem zweiten Anschluss T2 und tragen zu der Kapazität des HF-Schalters 50 bei.For example, if the control signal
Figure DE102020109391A1_0001
the FET 31 turns off to the RF switch 50 to operate in the OFF state, the gate-source capacitance and the gate-drain capacitance of the FET are 31 (in this example both equal to about Coff) in series between the first connection T1 and the second port T2 and contribute to the capacitance of the RF switch 50 at.

Wenn außerdem das Bit b0 den FET 32a ausschaltet, tragen die Gate-Source-Kapazität und die Gate-Drain-Kapazität des FETs 32a (in diesem Beispiel beide gleich Coff1) zu der Kapazität des HF-Schalters 50 bei. Wenn jedoch das Bit b0 den FET 32a einschaltet, wird ein leitender Kanal durch den FET 32a bereitgestellt, wodurch die Gate-Source- und Gate-Drain-Kapazität des FET 32a umgangen werden, was die Gesamtkapazität des HF-Schalters 50 erhöht. Gleichermaßen tragen, wenn das Bit bn-1 den FET 32b ausschaltet, die Gate-Source-Kapazität und die Gate-Drain-Kapazität (in diesem Beispiel beide gleich Coffn) zu der Kapazität des HF-Schalters 50 bei. Wenn jedoch das Bit bn-1 den FET 32b einschaltet, wird ein leitender Kanal durch den FET 32b bereitgestellt, um diese Kapazitäten zu umgehen.In addition, when bit b 0 controls the FET 32a turns off, carry the gate-source capacitance and the gate-drain capacitance of the FET 32a (in this example both equal to Coff 1 ) to the capacitance of the RF switch 50 at. However, if the bit b 0 the FET 32a turns on, becomes a conductive channel through the FET 32a provided, thereby increasing the gate-source and gate-drain capacitance of the FET 32a bypassed what the total capacitance of the RF switch 50 elevated. Likewise, if bit b n-1 carry the FET 32b turns off, the gate-source capacitance and the gate-drain capacitance (in this example both equal to Coff n ) to the capacitance of the RF switch 50 at. However, if the bit b n-1 hits the FET 32b turns on, becomes a conductive channel through the FET 32b provided to bypass these capacities.

Dementsprechend liefern das Bit b0 und das Bit bn-1 Flexibilität zum Steuern einer Kapazität des HF-Schalters 50 in dem AUS-Zustand und einer entsprechende Resonanzfrequenz. Obwohl als zwei Bits dargestellt, können mehr oder weniger Bits für die Resonanzfrequenzverstellung verwendet werden. Weiterhin lassen sich die Lehren hierin nicht nur auf digitale Mehrbit-Signale zur Resonanzfrequenzverstellung anwenden, sondern auch auf andere Arten von Resonanzfrequenzverstellsignalen.Accordingly, bit b 0 and bit b n-1 provide flexibility for controlling a capacitance of the RF switch 50 in the OFF state and a corresponding resonance frequency. Although shown as two bits, more or fewer bits can be used for the resonance frequency adjustment. Furthermore, the teachings herein can be applied not only to digital multi-bit signals for resonance frequency adjustment, but also to other types of resonance frequency adjustment signals.

In der dargestellten Ausführungsform sind Gatewiderstände ebenfalls enthalten, um die Trennung zwischen dem HF-Schalter 50 und einer Steuerschaltung (beispielsweise der Steuerschaltung 101 von 9B), die zum Generieren von Steuersignalen für den HF-Schalter 50 verwendet wird, zu steigern. Wie in 4 gezeigt, wird der Gatewiderstand 33 verwendet, um das Steuersignal

Figure DE102020109391A1_0001
an das Gate des FET 31 zu liefern. Außerdem wird der Gatewiderstand 34a verwendet, um das Bit b0 an das Gate des FET 32a zu liefern, während der Gatewiderstand 34b verwendet wird, um bn-1 an das Gate des FET 32b zu liefern.In the illustrated embodiment, gate resistors are also included to provide isolation between the RF switch 50 and a control circuit (e.g., the control circuit 101 from 9B) which are used to generate control signals for the RF switch 50 used to boost. As in 4th shown is the gate resistance 33 used to control the signal
Figure DE102020109391A1_0001
to the gate of the FET 31 to deliver. It also becomes the gate resistance 34a used to put the bit b 0 at the gate of the FET 32a to deliver while the gate resistor 34b used to connect b n-1 to the gate of the FET 32b to deliver.

Wenn der HF-Schalter eingeschaltet ist, basiert die Einfügedämpfung des Schalters auf den Widerstandswerten der FETs zwischen dem ersten Anschluss T1 und dem zweiten Anschluss T2. In diesem Beispiel weist der FET 31 einen EIN-Zustands-Widerstandswert R auf, während der FET 32a einen EIN-Zustands-Widerstandswert R1 und der FET 32b einen EIN-Zustands-Widerstandswert Rn aufweist. Die Anzahl von FETs in Reihe kann auf Basis einer Vielzahl von Faktoren wie etwa gewünschter Leistungsverarbeitungsfähigkeit und/oder Einfügedämpfung des HF-Schalters 50 gewählt werden. Die FETs in der für die Resonanzfrequenzverstellung verwendeten zweiten Gruppe helfen auch beim Steigern einer Leistungsverarbeitungsfähigkeit des HF-Schalters 50 in dem EIN-Zustand.When the RF switch is on, the switch's insertion loss is based on the resistance values of the FETs between the first terminal T1 and the second port T2 . In this example, the FET 31 an ON-state resistance value R during the FET 32a an ON-state resistance value R 1 and the FET 32b has an ON-state resistance value R n . The number of FETs in series can be based on a variety of factors such as desired power processing capability and / or insertion loss of the RF switch 50 to get voted. The FETs in the second group used for resonant frequency adjustment also help increase power processing capability of the RF switch 50 in the ON state.

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.

5 ist ein Schemadiagramm eines HF-Schalters 60 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Der HF-Schalter 60 weist einen Induktor 35 parallel zu einem Stapel von FETs auf. Der FET 31a, der FET 31b und der FET 31c sind Teil einer ersten Gruppe des Stapels und werden durch ein Steuersignal

Figure DE102020109391A1_0001
zum Ein- oder Ausschalten des HF-Schalters 60 gesteuert. Außerdem sind der FET 32a und der FET 32b Teil einer zweiten Gruppe des Stapels und werden durch das Bit b0 bzw. das Bit b1 gesteuert. 5 Figure 3 is a schematic diagram of an RF switch 60 according to a further embodiment. The RF switch 60 has an inductor 35 parallel to a stack of FETs. The FET 31a , the FET 31b and the FET 31c are part of a first group of the stack and are activated by a control signal
Figure DE102020109391A1_0001
for switching the HF switch on or off 60 controlled. Also, the FET 32a and the FET 32b Part of a second group of the stack and are controlled by bit b0 and bit b1, respectively.

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 60. Außerdem dient die zweite Gruppe von FETs dazu, die Steuerbarkeit der Resonanzfrequenz des HF-Schalters 60 bereitzustellen, wenn der HF-Schalter 60 ausgeschaltet ist.The first group of FETs is used to turn the RF switch on or off 60 . The second group of FETs also serves to increase the controllability of the resonance frequency of the RF switch 60 provide when the RF switch 60 is turned off.

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 60 zu ändern.When FETs in the stack are turned off, the equivalent off capacitance Ceq is approximately Coff / 10, where Coff is the off state gate-source / gate-drain capacitance of each FET. The resonance frequency for this setting corresponds approximately to f 0 and is associated with b0 = 0 and b1 = 0, in this example. By controlling b0 = 1 and / or b1 = 1, the off-state capacitance can be reduced by the resonance frequency of the RF switch 60 to change.

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 35 und der Kapazität des Stapels aus FETs assoziierten Parallel-LC-Resonators.The equivalent off-capacitance Ceq is controllable when incorporated in a branch of a multi-stage switch (for example a receiving branch of a TR switch) by switching on some or all of the series FETs in the second group (independently of the FETs in the first group), while another branch (for example a transmission branch of the T / R switch) is switched on. This in turn changes the equivalent off capacitance Ceq and leads to a shift in the resonance frequency of the inductance of the inductor 35 and the capacitance of the stack of FETs associated parallel LC resonator.

6 ist ein Schemadiagramm eines HF-Schalters 70 gemäß einer anderen Ausführungsform. Der HF-Schalter 70 weist einen Induktor 35 parallel zu mehreren FETs auf, mit einer durch ein Steuersignal

Figure DE102020109391A1_0001
gesteuerten ersten Gruppe (FET 31a, FET 31b und FET 31c) und einer durch ein Bit b0 bzw. ein Bit bn-1 gesteuerten zweiten Gruppe (FET 32a und FET 32b). 6th Figure 3 is a schematic diagram of an RF switch 70 according to another embodiment. The RF switch 70 has an inductor 35 parallel to several FETs, with one by a control signal
Figure DE102020109391A1_0001
controlled first group (FET 31a , FET 31b and FET 31c ) and a second group controlled by a bit b0 or a bit b n-1 (FET 32a and FET 32b ).

Obwohl fünf FETs dargestellt sind, kann eine beliebige Ganzzahl m von FETs in dem HF-Schalter 60 enthalten sein. In gewissen Ausführungsformen befinden sich n FETs in der zweiten Gruppe und m-n der FETs befinden sich in der ersten Gruppe, wobei m größer oder gleich 2 ist, n größer oder gleich 1 ist und m größer als n ist.Although five FETs are shown, there can be any integer m of FETs in the RF switch 60 be included. In certain embodiments, n FETs are in the second group and mn of the FETs are in the first group, where m is greater than or equal to 2, n is greater than or equal to 1, and m is greater than n.

7A ist ein Schemadiagramm eines HF-Schalters 80 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Der HF-Schalter 80 weist eine erste Gruppe von FETs mit einem FET 31a, einem FET 31b und einem FET 31c auf. Außerdem weist der HF-Schalter 80 eine zweite Gruppe von FETs mit einem FET 32a und einem FET 32b auf. Die erste Gruppe von FETs und die zweite Gruppe von FETs befinden sich in Reihe miteinander zwischen dem ersten Anschluss T1 und dem zweiten Anschluss T2. Außerdem liegt der Induktor 35 parallel mit der Reihenkombination aus FETs. 7A Figure 3 is a schematic diagram of an RF switch 80 according to a further embodiment. The RF switch 80 assigns a first group of FETs to one FET 31a , a FET 31b and a FET 31c on. In addition, the RF switch 80 a second group of FETs with one FET 32a and a FET 32b on. The first group of FETs and the second group of FETs are in series with each other between the first port T1 and the second port T2 . In addition, the inductor lies 35 in parallel with the series combination of FETs.

Der FET 32b ist mit einem Skalierfaktor K relativ zu dem Rest der FETs in dem Stapel bemessen.The FET 32b is sized with a scale factor K relative to the rest of the FETs in the stack.

Eine erste Resonanzfrequenzverstelleinstellung des HF-Schalters 80 ist in 7A dargestellt, in der sowohl der FET 32a als auch der FET 32b beide ausgeschaltet sind. In diesem Beispiel sind eine Gate-Source-Kapazität (CGS) und eine Gate-Drain-Kapazität (CGD) des FET 32b jeweils gleich 2C/K, während CGS und CGD der anderen FETs jeweils gleich 2C sind. Somit entspricht in diesem Beispiel die äquivalente Aus-Kapazität Ceq1 für die erste Resonanzfrequenzverstelleinstellung C/(K+4).A first resonance frequency adjustment of the RF switch 80 is in 7A shown in which both the FET 32a as well as the FET 32b both are turned off. In this example, a gate-source capacitance (C GS ) and a gate-drain capacitance (C GD ) are the FET 32b each equal to 2C / K, while C GS and C GD of the other FETs are each equal to 2C. In this example, the equivalent off capacitance Ceq1 for the first resonance frequency adjustment setting corresponds to C / (K + 4).

7B ist ein Schemadiagramm einer zweiten Resonanzfrequenzverstelleinstellung des HF-Schalters 80 von 7A. 7B Figure 13 is a schematic diagram of a second resonant frequency shift setting of the RF switch 80 from 7A .

Wie in 7B gezeigt, sind der FET 32a und der FET 32b in der zweiten Resonanzfrequenzverstelleinstellung eingeschaltet. Die äquivalente Aus-Kapazität Ceq2 für die zweite Einstellung entspricht C/3.As in 7B shown are the FET 32a and the FET 32b switched on in the second resonance frequency adjustment. The equivalent off capacitance Ceq2 for the second setting corresponds to C / 3.

In einer Ausführungsform wird der Wert K für eine Doppelfrequenzbandantwort des HF-Schalters 80 gewählt. Beispielsweise kann für eine Frequenz f1 = 39 GHz (beispielsweise ein erstes 5G-Band) und eine Frequenz f2 = 28 GHz (beispielsweise ein zweites 5G-Band) K so gewählt werden, dass Gleichung 1 unten erfüllt ist: f 2 f 1 = C e q 1 C e q 2 = 28 G H z 39 G H z

Figure DE102020109391A1_0002
In one embodiment, the value K is for a dual frequency band response of the RF switch 80 elected. For example, for a frequency f 1 = 39 GHz (for example a first 5G band) and a frequency f 2 = 28 GHz (for example a second 5G band) K can be chosen so that equation 1 below is fulfilled: f 2 f 1 = C. e q 1 C. e q 2 = 28 G H z 39 G H z
Figure DE102020109391A1_0002

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 32B relativ zu den anderen FETs).For n = 2 control bits / control FETs and a total of m = 5 FETs, the capacitance ratio to achieve both bands 28 GHz / 39 GHz for 5G for K of about 1.82 is met (corresponding to 0.55 W / L for FET 32B relative to the other FETs).

8 ist ein Schemadiagramm eines HF-Schalters 90 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Der HF-Schalter 90 von 8 ist ähnlich dem HF-Schalter 80 von 7A und 7B, außer dass der HF-Schalter 90 einem Beispiel entspricht, bei dem die Bauelementbemessung des FET 32b etwa 0,55*W/L (entsprechend K = 1,82) beträgt und die Bauelementbemessung der übrigen FETs in dem Stapel etwa 1,25*W/L beträgt. 8th Figure 3 is a schematic diagram of an RF switch 90 according to a further embodiment. The RF switch 90 from 8th is similar to the RF switch 80 from 7A and 7B except that the RF switch 90 corresponds to an example in which the device sizing of the FET 32b is about 0.55 * W / L (corresponding to K = 1.82) and the component rating of the remaining FETs in the stack is about 1.25 * W / L.

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 8 werden die beiden FETs in der zweiten Gruppe von FETs getrennt mit Steuerbits b0 und b1 ein- und ausgeschaltet, wodurch vier Resonanzfrequenzverstelleinstellungen bereitgestellt werden. In diesem Beispiel liefert eine Einstellung von b0 = b1 = 0 eine Resonanzfrequenz f0, während eine Einstellung von b0 = b1 = 1 eine Resonanzfrequenz von etwa 0,72*f0 liefert.In the example of 8th the two FETs in the second group of FETs are switched on and off separately with control bits b0 and b1, whereby four resonance frequency adjustment settings are provided. In this example, a setting of b0 = b1 = 0 produces a resonance frequency f0, while a setting of b0 = b1 = 1 produces a resonance frequency of around 0.72 * f0.

9A ist ein Schemadiagramm eines T/R-Schalters 100 gemäß einer Ausführungsform. Der T/R-Schalter 100 weist einen Empfangszweig 91 und einen Sendezweig 92 auf. Der Empfangszweig 91 ist zwischen einen Empfangsanschluss Rx und einen Antennenanschluss geschaltet, während der Sendezweig 92 zwischen einen Sendeanschluss Tx und den Antennenanschluss geschaltet ist. 9A Figure 3 is a schematic diagram of a T / R switch 100 according to an embodiment. The T / R switch 100 has a receive branch 91 and a send branch 92 on. The receiving branch 91 is connected between a reception connection Rx and an antenna connection, while the transmission branch 92 is connected between a transmission connection Tx and the antenna connection.

Der Empfangszweig 91 weist einen Induktor 35 parallel mit einem Stapel von Empfangszweig-FETs auf. Die Empfangszweig-FETs weisen eine durch ein Steuersignal

Figure DE102020109391A1_0001
gesteuerte erste Gruppe (FET 31a, FET 31b und FET 31c), und eine durch Bit b0 und Bit b1 gesteuerte zweite Gruppe von FETs (FET 32a und FET 32b) auf. Außerdem sind Gatewiderstände 33a, 33b und 33c für die FETs 31a, 31b bzw. 31c enthalten, und Gatewiderstände 34a und 34b sind für die FETs 32a bzw. 32b enthalten.The receiving branch 91 has an inductor 35 in parallel with a stack of receive branch FETs. The receive branch FETs have a control signal
Figure DE102020109391A1_0001
controlled first group (FET 31a , FET 31b and FET 31c ), and a second group of FETs controlled by bit b 0 and bit b 1 (FET 32a and FET 32b ) on. There are also gate resistors 33a , 33b and 33c for the FETs 31a , 31b or. 31c included, and gate resistors 34a and 34b are for the FETs 32a or. 32b contain.

Der Sendezweig 92 weist einen Induktor 45 parallel mit einem Stapel von Sendezweig-FETs auf. Die Sendezweig-FETs weisen eine durch ein Steuersignal VC gesteuerte erste Gruppe (FET 41) und eine zweite durch Bit a0 und Bit a1 gesteuerte zweite Gruppe von FETs (FET 42a und FET 42b) auf. Außerdem ist ein Gatewiderstand 43 für den FET 41 enthalten, und Gatewiderstände 44a und 44b sind für die FETs 42a bzw. 42b enthalten.The broadcast branch 92 has an inductor 45 in parallel with a stack of transmit branch FETs. The transmission branch FETs have a first group controlled by a control signal VC (FET 41 ) and a second second group of FETs controlled by bit a 0 and bit a 1 (FET 42a and FET 42b ) on. There is also a gate resistor 43 for the FET 41 included, and gate resistors 44a and 44b are for the FETs 42a or. 42b contain.

Der Empfangszweig 91 und der Sendezweig 92 werden in diesem Beispiel durch logisch invertierte Steuersignale gesteuert. Somit ist der Empfangszweig 91 ausgeschaltet, wenn der Sendezweig 92 aktiv ist. Weiterhin ist der Sendezweig 92 ausgeschaltet, wenn der Empfangszweig 91 aktiv ist.The receiving branch 91 and the broadcast branch 92 are controlled in this example by logically inverted control signals. Thus is the receive branch 91 switched off when the send branch 92 is active. There is also the transmission branch 92 switched off when the receive branch 91 is active.

In der dargestellten Ausführungsform sind sowohl der Empfangszweig 91 als auch der Sendezweig 92 mit verstellbaren Resonanzfrequenzen gemäß den Lehren hierin umgesetzt. Beispielsweise können Steuerbits a0 und a1 zum Schalten der Empfangsbänder verwendet werden, während die Steuerbits b0 und b1 zum Schalten der Sendebänder verwendet werden können.In the embodiment shown, both the receive branch 91 as well as the transmission branch 92 implemented with adjustable resonance frequencies according to the teachings herein. For example, control bits a0 and a1 can be used to switch the reception bands, while control bits b0 and b1 can be used to switch the transmission bands.

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.

9B ist ein Schemadiagramm einer Ausführungsform eines Halbleiter-Die 110. Der Halbleiter-Die 110 weist den T/R-Schalter 100 von 9A auf. Außerdem weist der Halbleiter-Die 110 ferner eine mit einer Chipschnittstelle oder einem Chipbus verbundene Steuerschaltung 101 auf. Die Steuerschaltung 101 generiert die Steuersignale für den T/R-Schalter 100 auf Basis von über den Bus empfangenen Daten. 9B Figure 13 is a schematic diagram of one embodiment of a semiconductor die 110 . The semiconductor die 110 points the T / R switch 100 from 9A on. In addition, the semiconductor die 110 furthermore a control circuit connected to a chip interface or a chip bus 101 on. The control circuit 101 generates the control signals for the T / R switch 100 based on data received over the bus.

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 10A-10D sind Simulationsergebnisse für eine Beispielumsetzung des T/R-Schalters 100 von 9A, bei der der Empfangszweig 91 und der Sendezweig 92 für einen 5G-Doppelbandbetrieb bei 28 GHz und 39 GHz umgesetzt sind.The 10A-10D are simulation results for an example implementation of the T / R switch 100 of FIG 9A where the receiving branch 91 and the broadcast branch 92 implemented for 5G dual-band operation at 28 GHz and 39 GHz.

10A ist ein Beispiel einer grafischen Darstellung von Verlust über Frequenz für den Empfangszweig 91 des T/R-Schalters 100 von 9A. 10A Figure 3 is an example of a loss versus frequency graph for the receive branch 91 of the T / R switch 100 of 9A .

10B ist ein Beispiel einer grafischen Darstellung einer Reverse Isolation über der Frequenz für den Empfangszweig 91 des T/R-Schalters 100 von 9A. 10B Figure 3 is an example of a graph of reverse isolation versus frequency for the receive branch 91 of the T / R switch 100 of 9A .

10C ist ein Beispiel einer grafischen Darstellung von Verlust über Frequenz für den Empfangszweig 91 des T/R-Schalters 100 von 9A. 10C Figure 3 is an example of a loss versus frequency graph for the receive branch 91 of the T / R switch 100 of 9A .

10D ist ein Beispiel einer grafischen Darstellung einer Reverse Isolation über der Frequenz für den Sendezweig 92 des T/R-Schalters 100 von 9A. 10D Figure 3 is an example of a graph of reverse isolation versus frequency for the transmit branch 92 of the T / R switch 100 of 9A .

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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Claims (20)

Hochfrequenz(HF)-Schalter mit verstellbarer Resonanzfrequenz, wobei der HF-Schalter aufweist: 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, wobei ein erster Teil der mehreren FETs durch ein Steuersignal gesteuert werden, um den HF-Schalter in einen EIN-Zustand oder einen AUS-Zustand zu setzen und wobei ein zweiter Teil der mehreren FETs separat von dem Steuersignal steuerbar sind, um eine Resonanzfrequenz des HF-Schalters in dem AUS-Zustand zu verstellen.High frequency (HF) switch with adjustable resonance frequency, the HF switch having: 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 plurality of FETs being controlled by a control signal to make the RF switch in an ON state or to set an OFF state and wherein 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 RF switch in the OFF state. HF-Schalter nach Anspruch 1, wobei mindestens ein FET des zweiten Teils eine andere Größe von mindestens einem FET des ersten Teils aufweist.RF switch after Claim 1 wherein at least one FET of the second part is a different size from at least one FET of the first part. HF-Schalter nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Teil mindestens zwei FETs aufweist.RF switch after Claim 1 or 2 wherein the first part comprises at least two FETs. HF-Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der zweite Teil mindestens zwei FETs von unterschiedlichen Größen aufweist.RF switch according to one of the Claims 1 to 3 wherein the second part comprises at least two FETs of different sizes. HF-Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der zweite Teil der FETs durch mehrere digitale Bits steuerbar ist.RF switch according to one of the Claims 1 to 4th , the second part of the FETs being controllable by several digital bits. HF-Schalter nach Anspruch 5, wobei die mehreren digitalen Bit auf Basis von über einen Bus empfangenen Daten generiert werden.RF switch after Claim 5 wherein the multiple digital bits are generated based on data received over a bus. HF-Schalter nach Anspruch 5 oder 6, wobei ein Wert der mehreren digitalen Bits ein Arbeitsfrequenzband steuert.RF switch after Claim 5 or 6th , wherein a value of the plurality of digital bits controls an operating frequency band. HF-Schalter nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei ein Wert der mehreren digitalen Bits eine Prozessschwankung kompensiert.RF switch according to one of the Claims 5 to 7th , wherein a value of the plurality of digital bits compensates for process variation. HF-Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, weiterhin aufweisend einen Empfangszweig und einen Sendezweig, wobei der Induktor und die mehreren FETs in dem Empfangszweig enthalten sind.RF switch according to one of the Claims 1 to 8th , further comprising a receiving branch and a transmitting branch, the inductor and the plurality of FETs being contained in the receiving branch. HF-Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, weiterhin aufweisend einen Empfangszweig und einen Sendezweig, wobei der Induktor und die mehreren FETs in dem Sendezweig enthalten sind.RF switch according to one of the Claims 1 to 9 , further comprising a receiving branch and a transmitting branch, the inductor and the plurality of FETs being contained in the transmitting branch. Verfahren zum Hochfrequenz(HF)-Schalten, wobei das Verfahren aufweist: Ausbreiten eines HF-Signals durch zwei oder mehr Feldeffekttransistoren (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.A method for radio frequency (RF) switching, the method comprising: Propagating an RF signal through two or more field effect transistors (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. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der erste Teil mindestens zwei FETs aufweist.Procedure according to Claim 11 wherein the first part comprises at least two FETs. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei der zweite Teil mindestens zwei FETs aufweist.Procedure according to Claim 11 or 12 wherein the second part comprises at least two FETs. Verfahren nach Anspruch 13, weiterhin aufweisend das Steuern des zweiten Teils von FETs unter Verwendung von mehreren digitalen Bits.Procedure according to Claim 13 , further comprising controlling the second portion of FETs using multiple digital bits. Verfahren nach Anspruch 14, weiterhin aufweisend das Empfangen von Daten über einen Bus und Setzen eines Werts der mehreren digitalen Bits auf Basis der Daten.Procedure according to Claim 14 , further comprising receiving data over a bus and setting a value of the plurality of digital bits based on the data. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, weiterhin aufweisend das Setzen eines Werts der mehreren digitalen Bits, um ein Arbeitsfrequenzband zu wählen.Procedure according to Claim 14 or 15th , further comprising setting a value of the plurality of digital bits to select an operating frequency band. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, weiterhin aufweisend das Setzen eines Werts der mehreren digitalen Bits, um eine Prozessschwankung zu kompensieren.Method according to one of the Claims 14 to 16 , further comprising setting a value of the plurality of digital bits to compensate for process variation. Frontend-System, aufweisend: 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 Leistungsverstärker und den Antennenanschluss geschaltet ist, wobei der Empfangszweig mehrere in Reihe angeordnete Feldeffekttransistoren (FETs) und einen Induktor parallel mit den mehreren FETs aufweist, wobei ein erster Teil der mehreren FETs durch ein Steuersignal gesteuert wird, um den Empfangszweig zu aktivieren oder zu deaktivieren, und wobei ein zweiter Teil der mehreren FETs getrennt von dem Steuersignal steuerbar ist, um eine Resonanzfrequenz des Empfangszweigs zu verstellen, wenn der Empfangszweig deaktiviert ist.Front-end system, comprising: 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 having a plurality of field effect transistors (FETs) and arranged in series having an inductor in parallel with the plurality of FETs, wherein a first part of the plurality of FETs is controlled by a control signal to activate or deactivate the receiving branch, and wherein a second part of the plurality of FETs is controllable separately from the control signal to set a resonance frequency of the To adjust the receiving branch if the receiving branch is deactivated. Frontend-System nach Anspruch 18, wobei der zweite Teil von FETs durch mehrere digitale Bit steuerbar ist.Front-end system Claim 18 , the second part of FETs being controllable by several digital bits. Frontend-System nach Anspruch 18 oder 19, umgesetzt in ein Phased-Array-Antennensystem.Front-end system Claim 18 or 19th , implemented in a phased array antenna system.
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