DE102020110568A1 - Hochleistungs-hochfrequenz-schalter mit niedrigem leckstrom und niedriger einfügungsdämpfung - Google Patents

Hochleistungs-hochfrequenz-schalter mit niedrigem leckstrom und niedriger einfügungsdämpfung Download PDF

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Abstract

Hochleistungs-Hochfrequenz(HF)-Schalter mit niedrigem Leckstrom und niedriger Einfügungsdämpfung werden bereitgestellt. In einer Ausführungsform weist ein HF-Schalter mehrere Transistoren auf und ist dazu ausgebildet, einen Sendepfads oder einen Empfangspfads selektiv mit einer Antenne zu verbinden. Alle der Transistoren sind dazu eingerichtet, dass sie sich in einem Ein-Zustand befinden, wenn der HF-Schalter in einem Hochleistungsmodus arbeitet, und alle der Transistoren sind dazu eingerichtet, dass sie sich in einem Aus-Zustand befinden, wenn der HF-Schalter in einem Niedrigleistungsmodus arbeitet.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität gegenüber der am 25. April 2019 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/838,549 , mit dem Titel „HIGH POWER RADIO FREQUENCY SWITCHES WITH LOW LEAKAGE CURRENT AND LOW INSERTION LOSS“, die hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gänze aufgenommen ist.
  • Gebiet der Offenbarung
  • Ausführungsformen der Erfindung betreffen Elektroniksysteme und insbesondere Sende/Empfangs-Hochfrequenz-Schalter.
  • HINTERGRUND
  • Ein Hochfrequenz (HF)-Kommunikationssystem kann für eine Vielzahl von Zwecken verwendete HF-Schalter aufweisen.
  • In einem Beispiel kann ein HF-Kommunikationssystem einen Hochfrequenz-Sende/Empfangs-Schalter aufweisen. Der Sende/Empfangs-Schalter kann verwendet werden, um eine Antenne elektrisch mit einem Sendepfad oder einem Empfangspfad des Systems zu verbinden, damit jeder des Sende- und Empfangspfads auf die Antenne zugreifen kann.
  • KURZE DARSTELLUNG DER OFFENBARUNG
  • Hochleistungs-Hochfrequenz-Schalter mit niedrigem Leckstrom und niedriger Einfügungsdämpfung (Englisch: insertion loss) werden hier bereitgestellt. In gewissen Ausführungsformen kann ein Schalter mehrere gestapelte Transistoren aufweisen, um das Auftreten von Leckströmen und/oder einen Transistordurchbruch zu verhindern. Die Stapel von Transistoren können die Einfügungsdämpfung des Schalters bei Betrieb in einem leistungsarmen Empfangsmodus erhöhen. Die Einfügungsdämpfung kann durch Erhöhen der Kanalbreite der in dem Stapel verwendeten Transistoren reduziert werden, doch kann dies zu einem Kompromiss bezüglich des Begrenzens der durch den Schalter erreichbaren Bandbreite führen. Gewisse Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung liefern ein Schalterdesign, das die Anzahl an Transistoren reduziert, die sich in einem Aus-Zustand befinden würden, wenn der Schalter in einem Hochleistungsmodus betrieben wird, und die Anzahl an Transistoren reduziert, die in einem Ein-Zustand sein würden, wenn der HF-Schalter in einem leistungsarmen Modus arbeitet. Indem ein Schalter auf diese Weise ausgelegt wird, kann die Einfügungsdämpfung des Schalters reduziert werden, ohne die Bandbreite des Schalters im gleichen Ausmaß wie das Vergrößern der Kanalbreite der Transistoren zu begrenzen.
  • In einem Aspekt wird ein Hochfrequenz(HF)-System mit niedriger Schaltereinfügungsdämpfung bereitgestellt. Das HF-System weist auf: eine Antenne, einen Sendepfad, der dazu ausgebildet ist, ein Sendesignal für die Antenne zu generieren, einen Empfangspfad, der dazu ausgebildet ist, ein Empfangssignal von der Antenne zu verarbeiten, und einen HF-Schalter, der mehrere Transistoren aufweist und dazu eingerichtet ist in einem ersten Modus und einem zweiten Modus betrieben zu werden. Der HF-Schalter ist dazu ausgebildet, in dem zweiten Modus das Empfangssignal von der Antenne an den Empfangspfad zu liefern. Alle der Transistoren sind dazu eingerichtet, sich in einem Ein-Zustand zu sein, wenn der HF-Schalter in dem ersten Modus arbeitet, und alle der Transistoren sind dazu eingerichtet, in einem Aus-Zustand zu sein, wenn der HF-Schalter in dem zweiten Modus arbeitet.
  • In einem anderen Aspekt wird ein Hochfrequenz(HF)-Schalter mit niedriger Einfügungsdämpfung bereitgestellt. Der HF-Schalter weist mehrere Anschlüsse einschließlich eines Antennenanschlusses, eines Empfangsanschlusses und eines Sendeanschlusses auf und mehrere Transistoren, die steuerbar sind, um den HF-Schalter in einen ersten Modus oder einen zweiten Modus zu versetzen. Der HF-Schalter ist dazu ausgebildet, in dem ersten Modus den Sendeanschluss mit dem Antennenanschluss zu verbinden und in dem zweiten Modus den Antennenanschluss mit dem Empfangsanschluss zu verbinden. Alle der Transistoren sind dazu eingerichtet, sich in einem Ein-Zustand zu befinden, wenn der HF-Schalter in dem ersten Modus arbeitet, und alle der Transistoren sind dazu eingerichtet, sich in einem Aus-Zustand zu befinden, wenn der HF-Schalter in dem zweiten Modus arbeitet.
  • In noch einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Steuern eines Hochfrequenz(HF)-Schalters, um eine niedrige Einfügungsdämpfung zu liefern, bereitgestellt. Das Verfahren weist auf: selektives Verbinden eines Sendepfads oder eines Empfangspfads mit einer Antenne unter Verwendung eines HF-Schalters, wobei der HF-Schalter mehrere Transistoren aufweist, Steuern aller der Transistoren, dass sie sich in einem Ein-Zustand befinden, wenn der HF-Schalter in einem Hochleistungsmodus arbeitet, und Steuern aller der Transistoren, dass sie sich in einem Aus-Zustand befinden, wenn der HF-Schalter in einem Niedrigleistungsmodus arbeitet.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Schemadiagramm eines Beispiels eines Hochfrequenz(HF)-Systems, das ein oder mehrere HF-Schaltkreise gemäß den Lehren hierin aufweisen kann.
    • 2A ist ein Schemadiagramm eines Beispiels eines Abschnitts eines HF-Systems, das einen Sende/Empfangs-Schalter, der als ein Schutzschalter verwendet werden kann, gemäß den Lehren hierin aufweisen kann.
    • 2B ist ein Schemadiagramm eines weiteren Beispiels eines Abschnitts eines HF-Systems, das einen Sende/Empfangs-Schalter gemäß den Lehren hierin aufweisen kann.
    • 3 veranschaulicht eine Beispielumsetzung eines Sende/Empfangs-Schalters, der in den in 1, 2A und 2B dargestellten HF-Systemen verwendet werden kann.
    • 4A veranschaulicht eine weitere Beispielumsetzung eines Sende/Empfangs-Schalters, der in den in 1, 2A und 2B dargestellten HF-Systemen gemäß den Lehren hierin verwendet werden kann.
    • 4B veranschaulicht den Sende/Empfangs-Schalter von 4A in einem ersten Modus.
    • 4C veranschaulicht den Sende/Empfangs-Schalter von 4A in einem zweiten Modus.
    • 5 veranschaulicht ein Verfahren zum Steuern eines HF-Schalters, um eine niedrige Einfügungsdämpfung gemäß den Lehren hierin bereitzustellen.
    • 6A veranschaulicht eine weitere Beispielumsetzung eines Sende/Empfangs-Schalters, der in den in 1, 2A und 2B dargestellten HF-Systemen gemäß den Lehren hierin verwendet werden kann.
    • 6B veranschaulicht den Sende/Empfangs-Schalter von 6A in einem ersten Modus.
    • 6C veranschaulicht den Sende/Empfangs-Schalter von 6A in einem zweiten Modus.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die folgende ausführliche Beschreibung von Ausführungsformen legt verschiedene Beschreibungen von spezifischen Ausführungsformen der Erfindung vor. In dieser Beschreibung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen 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 als in einer Zeichnung dargestellt und/oder eine Teilmenge der in einer Zeichnung dargestellten Elemente aufweisen können. Ferner können einige Ausführungsformen eine beliebige geeignete Kombination aus Merkmalen von zwei oder mehr Zeichnungen inkorporieren.
  • Ein Hochfrequenz(HF)-Kommunikationssystem kommuniziert durch drahtloses Übertragen und Empfangen von HF-Signalen. Derartige HF-Kommunikationssysteme können einen oder mehrere HF-Schalter aufweisen, um eine Steuerung über die Lenkung von HF-Signalen, die Konnektivität zwischen Komponenten und Schaltungen bereitzustellen und/oder verschiedene andere Schaltfunktionen bereitzustellen. Zu Beispielen für HF-Kommunikationssysteme mit einem oder mehreren HF-Schaltern zählen unter anderem Basisstationen, mobile Einrichtungen (beispielsweise Smartphones oder Handsets), Laptop-Computer, Tablets, Internet-der-Dinge(Internet of Things)-Einrichtungen und/oder Wearable-Elektroniken.
  • Ein HF-Kommunikationssystem kann einen Sende/Empfangs(T/R)-Schalter zum elektrischen Verbinden einer Antenne mit einem Sendepfad oder einem Empfangspfad des Systems aufweisen. Wenn das HF-Kommunikationssystem sendet, kann ein Hochleistungssendesignal durch einen Sendezweig des T/R-Schalters an eine Antenne geliefert werden, während ein Empfangszweig des T/R-Schalters ausgeschaltet ist. Wenn das HF-Kommunikationssystem empfängt, kann außerdem ein Niedrigleistungsempfangssignal von der Antenne durch den Empfangszweig empfangen werden, während der Sendezweig ausgeschaltet ist.
  • Um beim Senden von HF-Signalen in einem Hochleistungsmodus und beim Empfangen von Signalen in einem niedrigeren Leistungsmodus zu arbeiten, kann ein HF-Schalter eine Reihe von gestapelten Transistoren aufweisen, um das Fließen eines Leckstroms zu dem Empfangspfad in dem Hochleistungsmodus zu verhindern. Beispielsweise können im Kontext eines T/R-Schalters der Empfangszweig und der Sendezweig jeweils einen Stapel von Feldeffekttransistoren (FETs) zur gesteigerten Leistungsverarbeitungsfähigkeit aufweisen. Diese gestapelten Transistoren können jedoch die im Niedrigleistungsmodus erfahrene Einfügungsdämpfung erhöhen, wodurch die Gesamtbandbreite des HF-Schalters reduziert wird.
  • Aspekte der vorliegenden Offenbarung betreffen HF-Schalter, die eine reduzierte Einfügungsdämpfung aufweisen können, durch Reduzieren der Anzahl von gestapelten Transistoren oder das gänzliche Eliminieren von Transistorstapeln.
  • 1 ist ein Schemadiagramm eines Beispiels eines HF-Kommunikationssystems 10, das einen oder mehrere HF-Schaltkreise gemäß den Lehren hierin aufweisen kann.
  • Obwohl das HF-Kommunikationssystem 10 ein Beispiel eines Elektroniksystems darstellt, das einen oder mehrere HF-Schaltkreise wie hierin beschrieben aufweisen kann, können HF-Schaltkreise in anderen Ausbildungen von Elektroniksystemen verwendet werden.
  • Zudem kann, obwohl eine bestimmte Ausbildung von Komponenten in 1 dargestellt ist, das HF-Kommunikationssystem 10 in einer großen Vielzahl von Wegen angepasst und modifiziert werden. Beispielsweise kann das HF-Kommunikationssystem 10 mehr oder weniger Empfangspfade und/oder Sendepfade aufweisen. Außerdem kann das HF-Kommunikationssystem 10 so modifiziert werden, dass es mehr oder weniger Komponenten und/oder eine andere Anordnung von Komponenten aufweist, aufweisend beispielsweise eine andere Anordnung von HF-Schaltkreisen.
  • In der dargestellten Ausbildung weist das HF-Kommunikationssystem 10 einen Basisbandprozessor 1, einen I/Q-Modulator 2, einen I/Q-Demodulator 3, ein erstes Filter 5, einen Leistungsverstärker 6, einen Sende/Empfangs-Schalter 7, einen rauscharmen Verstärker (LNA) 8, eine Antenne 9 und ein zweites Filter 11 auf.
  • Wie in 1 gezeigt, generiert der Basisbandprozessor 1 ein In-Phase(I)-Sendesignal und ein Quadrature-Phase(Q)-Sendesignal, die an den I/Q-Modulator 2 geliefert werden. Außerdem empfängt der Basisbandprozessor 1 ein I-Empfangssignal und ein Q-Empfangssignal von dem I/Q-Demodulator 3. Das I- und Q-Sendesignal entsprechen Signalkomponenten eines Sendesignals mit einer bestimmten Amplitude, Frequenz und Phase. Beispielsweise stellen das I-Sendesignal und das Q-Sendesignal eine sinusförmige In-Phase-Komponente beziehungsweise eine sinusförmige Quadrature-Phase-Komponente dar, und können eine äquivalente Darstellung des Sendesignals. Außerdem entsprechen das I- und Q-Empfangssignal Signalkomponenten eines Empfangssignals mit einer bestimmten Amplitude, Frequenz und Phase.
  • In gewissen Umsetzungen sind das I-Sendesignal, das Q-Sendesignal, das I-Empfangssignal und das Q-Empfangssignal digitale Signale. Außerdem kann der Basisbandprozessor 1 einen digitalen Signalprozessor, einen Mikroprozessor oder eine Kombination davon, zum Verarbeiten der digitalen Signale verwendet, aufweisen.
  • Der I/Q-Modulator 2 empfängt das I- und Q-Sendesignal von dem Basisbandprozessor 1 und verarbeitet sie, um ein moduliertes HF-Signal zu generieren. In gewissen Ausbildungen kann der I/Q-Modulator 2 DAWs aufweisen, die dazu ausgebildet sind, das I- und Q-Sendesignal in ein analoges Format umzuwandeln, Mischstufen zum Hochsetzen des I- und Q-Sendesignals auf Hochfrequenz und einen Signalkombinierer zum Kombinieren des hochgesetzten I- und Q-Signals zu dem modulierten HF-Signal.
  • Das erste Filter 5 empfängt das modulierte HF-Signal von dem I/Q-Modulator 2 und liefert ein gefiltertes HF-Signal an einen Eingang des Leistungsverstärkers 6. In gewissen Ausbildungen kann das erste Filter 5 ein Bandpassfilter sein, das dazu ausgebildet ist, eine Bandfilterung bereitzustellen. Jedoch kann das erste Filter 5 je nach der Anwendung ein Tiefpassfilter, ein Bandpassfilter, ein Kerbfilter, ein Hochpassfilter oder eine Kombination davon sein.
  • Der Leistungsverstärker 6 kann das gefilterte HF-Signal verstärken, um ein verstärktes HF-Signal zu generieren, das an den Sende/Empfangs-Schalter 7 geliefert wird. Der Sende/Empfangs-Schalter 7 ist weiter elektrisch mit dem zweiten Filter 11 und mit einem Eingang des rauscharmen Verstärkers 8 verbunden. Das zweite Filter 11 ist mit der Antenne 9 verbunden. Somit liefert in diesem Beispiel der Leistungsverstärker 6 das verstärkte HF-Signal über den Sende/Empfangs-Schalter 7 und das zweite Filter 11 an die Antenne 9. Jedoch sind andere Umsetzungen möglich, wie etwa Umsetzungen, in denen das zweite Filter 11 weggelassen ist.
  • In gewissen Ausbildungen kann das zweite Filter 11 ein Bandpassfilter sein, das dazu ausgebildet ist, eine Bandfilterung bereitzustellen. Jedoch kann das zweite Filter 11 je nach der Anwendung ein Tiefpassfilter, ein Bandpassfilter, ein Kerbfilter, ein Hochpassfilter oder eine Kombination davon sein.
  • Der Sende/Empfangs-Schalter 7 kann verwendet werden, um die Antenne 9 (über das zweite Filter 11) selektiv mit dem Ausgang des Leistungsverstärkers 6 oder mit dem Eingang des rauscharmen Verstärkers 8 zu verbinden. In gewissen Umsetzungen kann der Sende/Empfangs-Schalter 7 eine Anzahl von anderen Funktionalitäten bereitstellen, aufweisend unter anderem Bandschalten und/oder Schalten zwischen verschiedenen Leistungsmodi.
  • Der LNA 8 empfängt ein Antennenempfangssignal von dem Sende/Empfangs-Schalter 7 und generiert ein verstärktes Antennenempfangssignal, das an den I/Q-Demodulator 3 geliefert wird. Der I/Q-Demodulator 3 kann verwendet werden, um das I-Empfangssignal und das Q-Empfangssignal zu generieren, wie oben beschrieben wurde. In gewissen Ausbildungen kann der I/Q-Demodulator 3 ein Paar von Mischstufen zum Mischen des gedämpften Empfangssignals mit einem Paar von Taktsignalen, die etwa neunzig Grad außer Phase sind, aufweisen. Außerdem können die Mischstufen heruntergesetzte Signale generieren, die an die ADWs geliefert werden können, die zum Generieren des I- und Q-Empfangssignals verwendet werden.
  • 2A ist ein Schemadiagramm eines Beispiels eines Abschnitts eines HF-Systems, das einen Sende/Empfangs-Schalter, der als ein Schutzschalter verwendet werden kann, gemäß den Lehre hierin aufweisen kann.
  • Wie in 2A gezeigt, weist das HF-System 20 einen Leistungsverstärker 26, einen Zirkulator 25, ein Filter 24, eine Antenne 29, einen Sende/Empfangs-Schalterchip 22 und ein Impedanzelement 23 auf. Der Leistungsverstärker 26 kann ein HF-Sendesignal von einem Sendeanschluss TX (z.B. von dem I/Q-Modulator 2 oder dem ersten Filter 5 von 1) empfangen und das empfangene HF-Signal verstärken, um ein verstärktes HF-Signal zu generieren.
  • Der Zirkulator 25 liefert einen Punkt einer elektrischen Verbindung zwischen dem Leistungsverstärker 26, dem Filter 24 und dem Sende/Empfangs-Schalterchip 22. Beispielsweise dient der Zirkulator 25 dazu, um dem Leistungsverstärker 26 und dem Sende/Empfangs-Schalterchip 22 gemeinsam Zugang zu der Antenne 29 zu liefern. Der Zirkulator 25 enthält einen Sendeport, der mit einem Ausgang des Leistungsverstärkers 26 verbunden ist, einen Empfangsport, der mit dem Sende/Empfangs-Schalterchip 22 verbunden ist, und einen Antennenanschluss, der über das Filter 24 mit der Antenne 29 verbunden ist.
  • Obwohl ein Beispiel mit einem Zirkulator gezeigt ist, sind andere Umsetzungen möglich. Bei einem Beispiel ist der Zirkulator 25 zugunsten des Aufnehmens eines Schalters weggelassen, der dazu ausgebildet ist, die Antenne 29 mit dem Sendepfad zu verbinden, wenn das HF-System 20 in einem HF-Sendemodus arbeitet, und die Antenne 29 mit dem Empfangspfad zu verbinden, wenn das HF-System 20 in einem HF-Empfangsmodus arbeitet. In einem anderen Beispiel ist der Zirkulator 25 zugunsten des Aufnehmens eines Duplexers oder einer anderen geeigneten frequenzmultiplizierenden Struktur weggelassen.
  • In der dargestellten Ausführungsform ist das Filter 24 zwischen den Zirkulator 25 und die Antenne 29 geschaltet. In gewissen Ausbildungen kann das Filter 24 ein Bandpassfilter sein, das dazu ausgebildet ist, eine Bandfilterung bereitzustellen. Das Filter 24 kann jedoch in Abhängigkeit von der Anwendung ein Tiefpassfilter, ein Bandpassfilter, ein Kerbfilter, ein Hochpassfilter oder eine Kombination davon sein.
  • Der Sende/Empfangs-Chip 22 weist in dieser Ausführungsform einen Sende/Empfangs-Schalter 27 und einen LNA 28 auf. Ein Chip, wie etwa der Sende/Empfangs-Chip 22 von 2A, wird hierin auch als ein Halbleiter-Die oder eine integrierte Schaltung (IC) bezeichnet. Obwohl eine spezifische Kombination von Komponenten auf dem Sende/Empfangs-Chip 22 gezeigt ist, kann der Chip 22 mehr oder weniger Komponenten aufweisen. Beispielsweise werden der Sende/Empfangs-Schalter 27 und der LNA 28 auf separaten Chips hergestellt. In gewissen Umsetzungen weist der Sende/Empfangs-Chip 22 eine Chipschnittstelle auf, wie etwa einen seriellen Bus, der Daten zum Steuern eines Zustands oder eines Modus des Sende/Empfangs-Schalters 27 empfängt.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann der Sende/Empfangs-Chip 22 auf einem Mehrchipmodul (MCM) hergestellt werden. Beispielsweise kann das MCM ein Modulsubstrat aufweisen, auf dem der Sende/Empfangs-Chip 22 befestigt ist. Bei solchen Umsetzungen können das Impedanzelement 23 und/oder andere Komponenten des HF-Systems 20 auf dem MCM enthalten sein.
  • Der Sende/Empfangs-Schalter 27 ist betätigbar, um einen eines Eingangs des LNA 28 oder des Impedanzelements 23 selektiv mit dem Zirkulator 25 zu verbinden. Der LNA 8 empfängt ein Antennenempfangssignal von dem Sende/Empfangs-Schalter 27 und generiert ein verstärktes Antennenempfangssignal, das an einen Empfangsanschluss RX (z.B. den I/Q-Demodulator 3 von 1) geliefert wird.
  • In gewissen Ausführungsformen ist der Sende/Empfangs-Schalter 27 dazu ausgebildet, den LNA 28 mit dem Zirkulator 25 zu verbinden, wenn sich das HF-System 20 in einem Empfangsmodus befindet (z.B. Empfangen eines HF-Niedrigleistungssignals durch die Antenne 29), und den Zirkulator 25 durch das Impedanzelement 23 mit Masse zu verbinden, wenn sich das HF-System 20 in einem Sendemodus befindet (z.B. Senden eines HF-Hochleistungssignals durch die Antenne 29). Das Verbinden des Zirkulators 25 mit Masse durch das Impedanzelement 23, wenn sich das HF-System 20 in einem Sendemodus befindet, steigert die Trennung relativ zu einer Umsetzung, bei der der Eingang des LNA 28 direkt mit dem Zirkulator 25 verbunden ist.
  • Die durch die Antenne 29 im Sendemodus gesendete Leistungsmenge kann signifikant über der durch die Antenne 29 im Empfangsmodus empfangenen Leistungsmenge liegen. Beispielsweise kann die Antenne dafür ausgelegt sein, mit einer Basisstation zu kommunizieren, die von dem HF-System 20 entfernt ist. Um ein Funksignal an eine Basisstation zu liefern, kann der Leistungsverstärker 26 das empfangene HF-Signal verstärken, um ein verstärktes HF-Signal von ausreichender Leistung zu generieren, um die Basisstation zu erreichen. Wenn im Gegensatz dazu ein HF-Signal von einer Basisstation empfangen wird, kann das HF-Signal einen großen Teil der ursprünglichen Sendeleistung verloren haben, beispielsweise aufgrund des Gesetzes vom reziproken Quadrat und/oder Pfadverlusten.
  • Somit kann das an dem LNA 28 empfangene HF-Signal von signifikant niedrigerer Leistung sein als das durch den Leistungsverstärker 26 generierte verstärkte HF-Signal. In anderen Ausführungsformen kann das HF-System 20 als Teil einer Basisstation enthalten sein, die dafür ausgebildet ist, mit einem oder mehreren Funkempfängern (z.B. Mobiltelefonen usw.) zu kommunizieren. In diesen Ausführungsformen kann das HF-System 20 im Wesentlichen aus den gleichen Gründen analog unter Verwendung von hoher Leistung in einem Sendemodus und niedriger Leistung in einem Empfangsmodus arbeiten.
  • Der NLA 28 ist möglicherweise nicht dazu ausgebildet, ein Signal mit der Leistung des durch den Leistungsverstärker 26 generierten verstärkten HF-Signals zu verarbeiten. Bei einigen Ausführungsformen kann das Empfangen eines Signals mit einem Leistungspegel des verstärkten HF-Signals Komponenten (z.B. den LNA 28) entlang dem Empfangspfad beschädigen. Somit kann in dem Hochleistungssendemodus der Sende/Empfangs-Schalter 27 ein etwaiges durch den Zirkulator 25 ausgetretenes Signal durch das Impedanzelement 23 auf dem Empfangspfad zu Masse verschieben. Durch Liefern des Verschiebepfads zu Masse kann der Sende/Empfangs-Schalter 27 den LNA 28 und andere Komponenten entlang dem Empfangspfad (z.B. hinter dem Empfangsanschluss RX) vor einem Leck des verstärkten HF-Signals schützen, das den Empfangspfad erreicht.
  • Wenn der Sende/Empfangs-Chip 22 als ein LNA-28-Schutzschalter wie in der Ausführungsform von 2A ausgebildet ist, kann das HF-System 20 in der Lage sein, durch den Leistungsverstärker 26 generierte verstärkte HF-Hochleistungssignale zu verarbeiten, während auch eine niedrige Einfügungsdämpfung beim Betrieb in einem Niedrigleistungsempfangsmodus bereitgestellt wird. Dies kann beim Empfangen von HF-Signalen durch die Antenne 29 eine niedrige Empfangsrauschzahl erzeugen.
  • 2B ist ein Schemadiagramm eines weiteren Beispiels eines Abschnitts eines HF-Systems, das einen Sende/Empfangs-Schalter aufweisen kann, gemäß den Lehren hierin.
  • Wie in 2B gezeigt, enthält das HF-System 20' eine Antenne 29, ein Filter 24, einen Sende/Empfangs-Schalterchip 22 und einen Leistungsverstärker 26. Jede der Antenne 29, des Filters 24 und des Leistungsverstärkers 26 können auf im Wesentlichen ähnliche Weise wie die entsprechenden Komponenten der Ausführungsform von 2A fungieren.
  • In der dargestellten Ausführungsform ist der Sende/Empfangs-Schalter 27 dazu ausgebildet, die Antenne 29 mit dem Leistungsverstärker 26 zu verbinden, wenn das HF-System 20' in einem Sendemodus arbeitet, und die Antenne 29 mit dem LNA 28 zu verbinden, wenn das HF-System 20' in einem Empfangsmodus arbeitet.
  • Somit kann der Sende/Empfangs-Schalter 27 verhindern, dass das durch den Leistungsverstärker 26 generierte verstärkte HF-Signal im Sendemodus mit dem Empfangspfad verbunden wird. Die Ausführungsform von 2B kann auch durch den Leistungsverstärker 26 generierte verstärkte HF-Hochleistungssignale verarbeiten, während eine niedrige Einfügungsdämpfung bereitgestellt wird, wenn in einem Niedrigleistungsempfangsmodus gearbeitet wird. Diese Ausbildung kann somit beim Empfangen von HF-Signalen durch die Antenne 29 eine niedrige Empfangsrauschzahl liefern.
  • Aufgrund der Leistungsdifferenz zwischen dem durch den Leistungsverstärker generierten verstärkten HF-Signal und dem von der Antenne 29 empfangenen HF-Empfangssignal in jeder der 2A und 2B kann es unpraktisch sein, den Sende/Empfangs-Schalter 27 durch einen einzelnen Transistor in dem Sendezweig und einen einzelnen Transistor in dem Empfangszweig umzusetzen. Das heißt, HF-Schaltertransistoren können eine begrenzte Spannungshandhabung aufweisen, was zu einem Durchbruch führt, wenn ein einzelner Transistor in dem Sendezweig oder dem Empfangszweig verwendet wird.
  • In einem ersten Beispiel kann ein Sendeempfangsschalter Metalloxidhalbleiter(MOS)-Transistoren aufweisen, die in Anwesenheit von HF-Hochleistungssignalen unter einem Gateoxiddurchbruch leiden können. Durch das Aufnehmen von mehreren MOS-Transistoren in einem Stapel kann die HF-Leistungshandhabungsfähigkeit erhöht werden. Bei einem anderen Beispiel kann während eines Durchbruchs, wenn eine Sperrspannung zwischen dem Drain und der Source des HF-Transistors angelegt wird, größer ist als eine Schwellwertdurchbruchspannung, ein Leckstrom zwischen der Source und dem Drain des Transistors fließen. Dieser Leckstrom kann somit zu dem LNA 28 fließen, wodurch der LNA 28 beschädigt wird, wenn die Spannung des Leckstroms über einer Schwellwertspannung liegt. Um das Auftreten eines derartigen Leckstroms zu reduzieren oder zu verhindern, können mehrere HF-Schaltertransistoren gestapelt werden, wodurch die Spannung erhöht wird, die durch den Sende/Empfangs-Schalter gehandhabt werden kann, bevor ein Leckstrom den LNA 28 erreicht.
  • 3 veranschaulicht eine Beispielumsetzung eines Sende/Empfangs-Schalters, der in den in 1, 2A und 2B dargestellten HF-Systemen verwendet werden kann. Der Sende/Empfangs-Schalter 300 enthält einen Antennenanschluss ANT, einen Empfangsanschluss RX und einen Sendeanschluss TX. Der Sende/Empfangs-Schalter 300 weist ferner mehrere Transistoren 41-48 auf, die gestapelt sind, um das Auftreten eines oder mehrerer Leckströme und/oder eines Transistordurchbruchs in dem Sende/Empfangs-Schalter 30 zu verhindern.
  • Der Antennenanschluss ANT kann mit einer Antenne verbunden sein (z.B. der Antenne 29 von 2A und 2B über ein Filter 24), der Empfangsanschluss RX kann mit einem LNA (z.B. dem LNA 28) verbunden sein, um mit einem Empfangspfad verbunden zu werden, und der Sendeanschluss TX kann mit einem Leistungsverstärker (z.B. dem Leistungsverstärker 26) verbunden sein, um mit einem Sendepfad verbunden zu werden.
  • Unter weiterer Bezugnahme auf 3 weist der Sende/Empfangs-Schalter 30 ein Paar von Reihenstapeltransistoren 41 und 42 und ein Paar von Nebenschlussstapeltransistoren 43 und 44 auf, die elektrisch zwischen den Antennenanschluss ANT und den Sendeanschluss TX geschaltet sind. Analog weist der Sende/Empfangs-Schalter 30 ferner ein Paar von Reihenstapeltransistoren 45 und 46 und ein Paar von Nebenschlussstapeltransistoren 47 und 48 auf, die elektrisch zwischen den Antennenanschluss ANT und den Empfangsanschluss RX geschaltet sind.
  • Obwohl ein Paar von Reihenstapeltransistoren und ein Paar von Nebenschlussstapeltransistoren an jedem des Sende- und Empfangspfads in 3 gebildet sind, kann eine größere Anzahl von Transistoren auf jedem des Sende- und Empfangspfads gestapelt werden, um die Spannung zu erhöhen, die übertragen werden kann, bevor ein Leckstrom generiert wird.
  • Die Reihenstapeltransistoren 41, 42, 45 und 46 sind dazu ausgebildet, einen des Sende- oder Empfangsanschlusses TX und RX mit dem Antennenanschluss ANT zu verbinden, während die Nebenschlussstapeltransistoren 44, 45, 48 und 47 dazu ausgebildet sind, Leckströme zu Masse abzuleiten. Beispielsweise werden in einem Hochleistungssendemodus Reihenstapeltransistoren 41 und 42 zusammen mit Nebenschlussstapeltransistoren 47 und 48 eingeschaltet, während die Reihenstapeltransistoren 45 und 46 zusammen mit Nebenschlussstapeltransistoren 43 und 44 ausgeschaltet werden. Auf diese Weise kann der Sendeanschluss TX über Reihenstapeltransistoren 41 und 42 mit dem Antennenanschluss ANT verbunden und über Nebenschlussstapeltransistoren 43 und 44 elektrisch von Masse getrennt werden.
  • Der Empfangsanschluss RX kann elektrisch über Reihenstapeltransistoren 45 und 46 von dem Antennenanschluss ANT getrennt werden, und jeder der Reihenstapeltransistoren 45 und 46 ist auch über Nebenschlussstapeltransistoren 47 und 48 mit Masse verbunden. Auf diese Weise kann ein etwaiger Leckstrom, der aufgrund des durch den Sendeanschluss TX gelieferten HF-Hochleistungssignals durch die Reihenstapeltransistoren 45 und 46 fließt, durch die Nebenschlussstapeltransistoren 47 und 48 zu Masse abgeleitet werden, bevor er den Empfangsanschluss RX erreicht.
  • In einem Beispiel kann das HF-Hochleistungssignal eine Spannung von etwa 100 V aufweisen. Somit können 24 Stapel von Transistoren auf jedem des Sende- und Empfangspfads des Sende/Empfangs-Schalters 30 bereitgestellt werden. Jeder der Transistoren 41-48 kann eine Durchbruchspannung (beispielsweise eine höchste Drain-Source-Spannung oder Vds-max) von etwa 4 V aufweisen.
  • Somit kann durch Bereitstellung von 24 Reihenstapeltransistoren 45 und 46 zwischen dem Antennenanschluss ANT und dem Empfängeranschluss RX ein etwaiger Leckstorm durch die Reihe von gestapelten Transistoren auf einen Spannungspegel reduziert werden, der keine Komponenten auf dem Empfangspfad (z.B. einem LNA 28) beschädigt. Jedoch kann, wie oben erörtert, der Stapel von Transistoren den GesamtEinschaltwiderstandswert RON des Sende/Empfangs-Schalters 30 erhöhen, wodurch eine Einfügungsdämpfung erhöht wird, wenn im Niedrigleistungsempfangsmodus gearbeitet wird.
  • Die Spannungshandhabungs- und Durchbruchfähigkeiten des Sende/Empfangs-Schalters 30 können zu den folgenden HF-Schalterparametern in Beziehung stehen: Einschaltwiderstand (RON), Aus-Kapazität (COFF) und Drain-Source-Durchbruchspannung (Vds-max). Mit steigender Anzahl von gestapelten HF-Transistoren nimmt der Gesamteinschaltwiderstandswert RON des Sende/Empfangs-Schalters 30 für jeden zusätzlichen HF-Transistor zu, was zu mehr Einfügungsdämpfung führt.
  • Um die Einfügungsdämpfung des Sende/Empfangs-Schalters 30 zu reduzieren, kann die Breite des Kanals für die als die HF-Transistoren verwendeten Transistoren vergrößert werden. Dies kann jedoch die durch den Sende/Empfangs-Schalter 30 erzielbare Bandbreite begrenzen. Obwohl nicht dargestellt, kann in einigen Ausführungsformen jeder der Transistoren 41-48 durch eine Widerstandsverbindung zu dem Gate des Transistors 41-48 vorgespannt werden, das (z.B. über eine parasitäre kapazitive Kopplung) parasitär an den Kanal des Transistors 41-48 gekoppelt sein kann.
  • Das Erhöhen der in dem Sende/Empfangs-Schalter 30 gestapelten Transistoren 41-48 erhöht auch Verluste aufgrund dieser Kopplung, wodurch der Verlust des Sende/Empfangs-Schalters 30 erhöht wird. Beim Verwenden von Transistoren 41-48 mit einem breiteren Kanal kann zudem ein niedrigerer Widerstandswert für die Vorspannwiderstände gewählt werden, was ebenfalls den Koppelverlust erhöhen kann.
  • Aspekte der vorliegenden Offenbarung betreffen einen Sende/Empfangs-Schalter, der mindestens einige der obigen Nachteile an einem gestapelten Transistor-Sende/Empfangs-Schalter adressieren kann. Dieses Problem kann in gewissen Ausführungsformen dadurch adressiert werden, dass ein Sende/Empfangs-Schalter auf Basis von mindestens einigen der folgenden Überlegungen ausgelegt wird.
  • Eine Überlegung besteht in dem Begrenzen oder Entfernen von Transistoren, die sich in einem Aus-Zustand befinden würden, wenn der HF-Schalter in einem Hochleistungsmodus (z.B. in dem HF-Sendemodus) arbeitet. Dies kann beispielsweise durch eine Ausbildung erzielt werden, in der alle Schalter eingeschaltet sind, wenn hohe Leistung durch den Sende/Empfangs-Schalter übertragen wird. Indem der Sende/Empfangs-Schalter auf Basis dieser Überlegung ausgelegt wird, kann die Anzahl von gestapelten Transistoren reduziert werden, da die Transistoren bei Einschaltung einen Drain-Source-Spannungsabfall Vds von etwa 0 V aufweisen.
  • Eine weitere Überlegung besteht darin, Transistoren zu begrenzen oder zu beseitigen, die sich in einem Ein-Zustand befinden würden, wenn der HF-Schalter in einem Niedrigleistungsmodus (z.B. in dem HF-Empfangsmodus) arbeitet. Dies kann beispielsweise durch eine Ausbildung erzielt werden, in der alle Schalter ausgeschaltet sind, wenn durch den Sende/Empfangs-Schalter wenig Leistung übertragen wird. Indem der Sende/Empfangs-Schalter auf Basis dieser Überlegung ausgelegt wird, kann die Einfügungsdämpfung des Sende/Empfangs-Schalters reduziert werden, da jeder Transistor, durch den das HF-Signal übertragen werden muss, (z.B. Transistoren, die eingeschaltet sind) zur Einfügungsdämpfung beiträgt. Das Auslegen hinsichtlich dieser Überlegung kann deshalb die Rauschzahl des Sende/Empfangs-Schalters verbessern.
  • 4A-4C zeigen eine weitere Beispielumsetzung eines Sende/Empfangs-Schalters 100, der in den in 1, 2A und 2B dargestellten HF-Systemen verwendet werden kann, gemäß den Lehren hierin. Obwohl die HF-Systeme der 1, 2A und 2B Beispiele von HF-Systemen darstellen, die eine oder mehrere Instanziierungen des Sende/Empfangs-Schalters 100 aufweisen können, lassen sich die Lehren hierin auf andere Ausbildungen von HF-Systemen anwenden.
  • Unter Bezugnahme auf 4A weist der Sende/Empfangs-Schalter 100 einen Antennenanschluss ANT, einen Sendeanschluss TX, einen Empfangsanschluss RX, ein Balunglied (bzw. Symmetrierglied oder Balun) 110, einen ersten Transistor 120 und einen zweiten Transistor 130 auf. Der Sende/Empfangs-Schalter 100 weist ferner einen ersten Widerstand 123 und einen zweiten Widerstand 133 auf.
  • In der dargestellten Ausführungsform enthält das Balunglied 110 eine erste Schleife 113, die elektrisch zwischen den Antennenanschluss ANT und den Empfangsanschluss RX geschaltet ist, und eine zweite Schleife 115, die elektrisch zwischen den Sendeanschluss TX und den zweiten Transistor 130, der mit einer Referenzspannung (in diesem Beispiel Masse) verbunden ist, geschaltet ist. Somit ist ein erstes Ende der ersten Schleife 113 mit dem Antennenanschluss ANT verbunden, während ein zweites Ende der ersten Schleife 113 sowohl mit dem Empfangsanschluss RX als auch einem Drain des ersten Transistors 120 verbunden ist. Außerdem ist ein erstes Ende der zweiten Schleife 115 mit dem Sendeanschluss TX verbunden, während ein zweites Ende der zweiten Schleife 115 mit einem Drain des zweiten Transistors 130 verbunden ist.
  • Obwohl als einen einzelnen Transistor zwischen dem zweiten Ende der ersten Schleife 113 und Masse und einen einzelnen Transistor zwischen dem zweiten Ende der zweiten Schleife 113 und Masse aufweisend dargestellt, können zusätzliche Transistoren enthalten sein. Beispielsweise können zwei oder mehr Transistoren in Reihe zwischen dem zweiten Ende der ersten Schleife 113 und Masse enthalten sein, und/oder zwei oder mehr Transistoren können in Reihe zwischen dem zweiten Ende der zweiten Schleife 115 und Masse enthalten sein.
  • Die erste Schleife 113 und die zweite Schleife 115 sind aneinander gekoppelt, beispielsweise negativ magnetisch gekoppelt. In gewissen Umsetzungen sind die erste Schleife 113 und die zweite Schleife 115 als Übertragungsleitungen auf einem Chip umgesetzt, die eng beabstandet sind, um eine elektromagnetische Kopplung sowohl magnetischer als auch elektrischer Felder bereitzustellen. Die Schleifen eines Balunglieds werden hierin auch als Abschnitte oder Wicklungen bezeichnet.
  • Somit sind die erste und zweite Schleife 113 und 115 des Balunglieds 110 elektrisch gekoppelt, so dass, wenn ein HF-Signal durch die erste Schleife 113 übertragen wird, ein entsprechendes HF-Signal durch die zweite Schleife 115 induziert werden kann, und umgekehrt. Die Signale, die an die dargestellten Anschlüsse geliefert oder von diesen empfangen und durch das Balunglied 110 gehandhabt werden, können von einem großen Bereich von Frequenzen sein. Da das Balunglied 110 über mehrere Frequenzdekaden arbeiten kann, kann auch der Sende/Empfangs-Schalter 100 mit einer großen Bandbreite arbeiten.
  • Beispielsweise kann das Balunglied 110 nicht nur HF-Signale zwischen 100 MHz und 7 GHz handhaben, sondern auch Signale von höheren Frequenzen, wie etwa jene 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 Vielfalt von HF-Systemen, einschließlich Mikrowellensysteme, anwenden.
  • Der erste Transistor 120 ist so ausgebildet, dass er den Empfangsanschluss RX und die erste Schleife 113 auf Basis eines durch den ersten Widerstand 123 empfangenen Steuersignals VCTRL selektiv mit Masse verbindet. Analog ist der zweite Transistor 130 dafür ausgebildet, die zweite Schleife 115 auf Basis eines durch den zweiten Widerstand 133 empfangenen Steuersignals VCTRL selektiv mit Masse zu verbinden.
  • In gewissen Umsetzungen sind der erste Transistor 120 und der zweite Transistor 130 als Metalloxidhalbleiter(MOS)-Transistoren umgesetzt, wie etwa n-Metalloxidhalbleiter(NMOS)-Transistoren. Außerdem werden ein Gate des ersten Transistors 120 und ein Gate des zweiten Transistors 130 unter Verwendung eines gemeinsamen Steuersignals VCTRL von einer in 4A nicht gezeigten Steuerschaltung gesteuert. Bei solchen Umsetzungen ist die Komplexität der Signalisierung des Sende/Empfangs-Schalters 100 relativ zu einer Umsetzung reduziert, bei der mehrere Steuersignale verwendet werden, wie etwa Paare von logisch invertierten Steuersignalen.
  • In gewissen Umsetzungen werden der erste Transistor 120 und der zweite Transistor 130 auf Basis von über eine Chipschnittstelle empfangenen Daten ein- oder ausgeschaltet. Beispielsweise kann der Sende/Empfangs-Schalter 100 auf einem Halbleiter-Die hergestellt werden, der einen seriellen Bus aufweist, der Daten zum Steuern des Modus des Sende/Empfangs-Schalters 100 empfängt.
  • 4B veranschaulicht den Sende/Empfangs-Schalter 100 bei Umsetzung in einem Hochleistungsmodus (z.B. HF-Sendemodus). Wie in 4B gezeigt, wird jeder des ersten und zweiten Transistors 120 und 130 in dem Hochleistungsmodus eingeschaltet, wodurch effektiv die erste und zweite Schleife 113 und 115 mit Masse verbunden werden. Obwohl der erste und zweite Transistor 120 und 130 als gegen Masse kurzgeschlossen dargestellt sind, können in einigen Ausführungsformen der erste und zweite Transistor 120 und 130, wenn eingeschaltet, immer noch einen Widerstandswert RON aufweisen.
  • Insbesondere führt das Einschalten des ersten Transistors 120 und des zweiten Transistors 130 dazu, dass der Sendeanschluss TX durch die zweite Schleife 115 mit Masse verbunden wird und der Antennenanschluss ANT durch die erste Schleife 113 mit Masse verbunden wird. Da die erste Schleife 113 und die zweite Schleife 115 geerdet sind, arbeitet das Balunglied 110 als ein Transformator, der als Reaktion auf ein an dem Sendeanschluss TX empfangenes Sendesignal ein HF-Signal in der ersten Schleife 113 induziert. Wie in 4B gezeigt, wird das induzierte HF-Signal an den Antennenanschluss ANT geliefert.
  • Bei Betrieb im Hochleistungsmodus ist der Empfangsanschluss RX durch den ersten Transistor 120 geerdet, wodurch eine starke Trennung bereitgestellt wird. Somit fließt das in der ersten Schleife 113 induzierte HF-Signal nicht zu dem Empfangsanschluss RX.
  • Da alle der Transistoren 120 und 130 in dem Hochleistungsmodus sich in einem Ein-Zustand befinden, sind im Vergleich zu der Ausführungsform von 3 weniger Transistor-120- und -130-Stapel erforderlich. Mit weniger gestapelten Transistoren 120 und 130 kann die Einfügungsdämpfung bei Betrieb im Niedrigleistungsempfangsmodus reduziert werden. Außerdem brauchen keine Breitkanaltransistoren verwendet zu werden, um die Einfügungsdämpfung zu behandeln, wodurch die Bandbreite des Sende/Empfangs-Schalters 100 vergrößert wird.
  • 4C veranschaulicht den Sende/Empfangs-Schalter 100 bei Ausbildung in einem Niedrigleistungsmodus (z.B. HF-Empfangsmodus). Wie in 4C gezeigt, wird jeder des ersten und zweiten Transistors 120 und 130 im Niedrigleistungsmodus ausgeschaltet, wodurch die erste und zweite Schleife 113 und 115 effektiv elektrisch von Masse getrennt wird. Das Ausmaß an elektrischer Trennung, das durch den ersten und zweiten Transistor 120 und 130 bereitgestellt wird, kann eine Funktion der Aus-Kapazität COFF des ersten und zweiten Transistors 120 und 130 sein.
  • Insbesondere ist die zweite Schleife 115 elektrisch derart von Masse getrennt, dass in der zweiten Schleife 115 kein Strom induziert wird. Beispielsweise wird durch Bereitstellen einer hohen Impedanz zwischen dem zweiten Ende der zweiten Spule 115 und Masse ein Transfer von Energie von der ersten Spule 113 auf die zweite Spule 115 blockiert.
  • Die erste Schleife 113 ist ebenfalls derart elektrisch über Masse getrennt, dass das von der Antenne ANT empfangene HF-Signal an den Empfangsanschluss RX geliefert wird. Beispielsweise kann die erste Spule 113 dazu dienen, den Antennenanschluss ANT und den Empfangsanschluss RX elektrisch zu verbinden.
  • Ferner muss das HF-Signal nicht durch irgendwelche Transistoren 120 und 130 übertragen werden, und somit wird aufgrund der Transistoren 120 und 130 wenig bis keine Einfügungsdämpfung in das HF-Signal eingeführt.
  • 5 veranschaulicht ein Verfahren zum Steuern eine HF-Schalters, um eine geringe Einfügungsdämpfung gemäß den Lehren hierin bereitzustellen. Der HF-Schalter kann als der HF-Schalter 100 von 4A-4C verkörpert sein.
  • Das Verfahren 200 beginnt bei Block 205. Das Verfahren 200 beinhaltet das selektive Verbinden eines eines Sendepfads oder eines Empfangspfads mit einer Antenne unter Verwendung des HF-Schalters. Der HF-Schalter weist mehrere Transistoren auf, die wie in 4A gezeigt, geschaltet sein können.
  • Bei Block 210 beinhaltet das Verfahren 200 das Steuern aller der Transistoren, dass sie sich in einem Ein-Zustand befinden, wenn der HF-Schalter in einem Hochleistungsmodus arbeitet. Bei Block 215 beinhaltet das Verfahren 200 das Steuern aller der Transistoren, dass sie sich in einem Aus-Zustand befinden, wenn der HF-Schalter in einem Niedrigleistungsmodus arbeitet. Das Verfahren endet bei Block 220.
  • In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren 200 ferner das Steuern eines HF-Schalters beinhalten, der ein Balunglied, wie etwa das Balunglied 110 von 4A, aufweist. Beispielsweise weist in einem Beispiel das Verfahren ferner auf (i) in dem Niedrigleistungsmodus Liefern eines HF-Signals von einem Antennenanschluss an einen Empfangsanschluss durch einen ersten Abschnitt des Balunglieds; und (ii) in dem Hochleistungsmodus Induzieren eines HF-Signals an dem Antennenanschluss als Reaktion auf das Empfangen eines Sendesignals an einem an einen zweiten Abschnitt des Balunglieds gekoppelten Sendeanschluss.
  • Das Verfahren 200 kann ferner das elektrische Verbinden des Balunglieds mit Masse in dem Hochleistungsmodus beinhalten, wie in 4B gezeigt, und das elektrische Trennen des Balunglieds von Masse in dem Niedrigleistungsmodus, wie in 4C gezeigt. In gewissen Ausführungsformen kann das Verfahren 200 ferner das elektrische Verbinden der Antenne mit dem Sendepfad in dem Hochleistungsmodus beinhalten, wie in 4B gezeigt, und das elektrische Verbinden der Antenne mit dem Empfangspfad in dem Niedrigleistungsmodus, wie in 4C gezeigt.
  • 6A-6C zeigen eine weitere Beispielumsetzung eines Sende/Empfangs-Schalters 300, der in den in 1, 2A und 2B dargestellten HF-Systemen verwendet werden kann, gemäß den Lehren hierin. Obwohl die HF-Systeme der 1, 2A und 2B Beispiele von HF-Systemen darstellen, die eine oder mehrere Instanziierungen des Sende/Empfangs-Schalters 300 aufweisen können, lassen sich die Lehren hierin auf andere Ausbildungen von HF-Systemen anwenden.
  • Unter Bezugnahme auf 6A weist der Sende/Empfangs-Schalter 300 einen Antennenanschluss ANT, einen Sendeanschluss TX, einen Empfangsanschluss RX, einer Induktivität 310, einen ersten Transistor 320 und einen zweiten Transistor 330 auf. Der Sende/Empfangs-Schalter 300 weist ferner einen ersten Widerstand 323 und einen zweiten Widerstand 333 auf.
  • In der dargestellten Ausführungsform ist ein Ende der Induktivität 310 elektrisch mit dem Antennenanschluss ANT und dem zweiten Transistor 330, der mit dem Sendeanschluss TX verbunden ist, verbunden. Ein zweites Ende der Induktivität 310 ist elektrisch mit dem Empfangsanschluss RX und dem ersten Transistor 320, der mit einer Referenzspannung (in diesem Beispiel Masse) verbunden ist, verbunden.
  • Obwohl als einen einzelnen Transistor zwischen dem zweiten Ende der Induktivität 310 und Masse und einen einzelnen Transistor zwischen dem ersten Ende der Induktivität 310 und dem Sendeanschluss TX aufweisend dargestellt, können zusätzliche Transistoren enthalten sein. Beispielsweise können zwei oder mehr Transistoren in Reihe zwischen dem zweiten Ende der Induktivität 310 und Masse enthalten sein, und/oder zwei oder mehr Transistoren können in Reihe zwischen dem ersten Ende der Induktivität 310 und dem Sendeanschluss TX enthalten sein.
  • Der erste Transistor 320 ist dazu ausgebildet, den Empfangsanschluss RX und das zweite Ende der Induktivität 310 selektiv mit Masse zu verbinden. Analog ist der zweite Transistor 330 dazu ausgebildet, den Antennenanschluss ANT und das erste Ende Induktivität 310 selektiv mit dem Sendeanschluss TX zu verbinden.
  • In gewissen Umsetzungen sind der erste Transistor 320 und der zweite Transistor 330 als Metalloxidhalbleiter(MOS)-Transistoren umgesetzt, wie etwa n-Metalloxidhalbleiter(NMOS)-Transistoren. Außerdem werden ein Gate des ersten Transistors 320 und ein Gate des zweiten Transistors 330 unter Verwendung eines gemeinsamen Steuersignals VCTRL von einer in 6A nicht gezeigten Steuerschaltung gesteuert. Bei solchen Umsetzungen ist die Komplexität der Signalisierung des Sende/Empfangs-Schalters 300 relativ zu einer Umsetzung reduziert, bei der mehrere Steuersignale verwendet werden, wie etwa Paare von logisch invertierten Steuersignalen.
  • In gewissen Umsetzungen werden der erste Transistor 320 und der zweite Transistor 330 auf Basis von über eine Chipschnittstelle empfangenen Daten ein- oder ausgeschaltet. Beispielsweise kann der Sende/Empfangs-Schalter 300 auf einem Halbleiter-Die hergestellt werden, der einen seriellen Bus aufweist, der Daten zum Steuern des Modus des Sende/Empfangs-Schalters 300 empfängt.
  • 6B veranschaulicht den Sende/Empfangs-Schalter 300 bei Umsetzung in einem Hochleistungsmodus (z.B. HF-Sendemodus). Wie in 6B gezeigt, wird jeder des ersten und zweiten Transistors 320 und 330 in dem Hochleistungsmodus eingeschaltet, wodurch effektiv das zweite Ende der Induktivität 310 mit Masse und das erste Ende der Induktivität 310 mit dem Sendeanschluss TX verbunden wird. Wie in der Ausführungsform von 6B dargestellt, können der erste und zweite Transistor 320 und 330, wenn eingeschaltet, einen Ein-Widerstandswert RON aufweisen.
  • Insbesondere führt das Einschalten des ersten Transistors 320 und des zweiten Transistors 330 dazu, dass der Sendeanschluss TX durch den zweiten Transistor 330 mit dem Antennenanschluss ANT verbunden wird und der Empfängeranschluss RX durch den ersten Transistor 320 mit Masse verbunden wird. Die Induktivität 310 und der durch den ersten Widerstand 320 gebildete Widerstandswert bilden einen LC-Resonanzkreis. Der erste Transistor 320 kann dazu ausgebildet sein, einen Einschaltwiderstandswert RON zu haben, der so gewählt ist, dass ein Resonanzkreis gebildet wird, der einem parasitären Sendewert des Sendeanschlusses TX entspricht. Wie in 6B gezeigt, wird das Sende-HF-Signal durch den eingeschalteten zweiten Transistor 330 an den Antennenanschluss ANT geliefert. Bei Betrieb im Hochleistungsmodus ist der Empfangsanschluss RX durch den ersten Transistor 320 geerdet, wodurch eine starke Trennung bereitgestellt wird.
  • Da alle der Transistoren 320 und 330 in dem Hochleistungsmodus sich in einem Ein-Zustand befinden, sind im Vergleich zu der Ausführungsform von 3 weniger Transistor-320- und -330-Stapel erforderlich. Mit weniger gestapelten Transistoren 320 und 330 kann die Einfügungsdämpfung bei Betrieb im Niedrigleistungsempfangsmodus reduziert werden. Außerdem brauchen keine Breitkanaltransistoren verwendet zu werden, um die Einfügungsdämpfung zu behandeln, wodurch die Bandbreite des Sende/Empfangs-Schalters 300 vergrößert wird.
  • 6C veranschaulicht den Sende/Empfangs-Schalter 300 bei Ausbildung in einem Niedrigleistungsmodus (z.B. HF-Empfangsmodus). Wie in 6C gezeigt, wird jeder des ersten und zweiten Transistors 320 und 330 im Niedrigleistungsmodus ausgeschaltet, wodurch effektiv der Empfangsanschluss RX elektrisch von Masse getrennt wird und der Sendeanschluss RX von dem Antennenanschluss ANT effektiv getrennt wird. Das Ausmaß an elektrischer Trennung, das durch den ersten und zweiten Transistor 320 und 330 bereitgestellt wird, kann eine Funktion der Aus-Kapazität COFF des ersten und zweiten Transistors 320 und 330 sein.
  • Insbesondere ist der Sendeanschluss TX elektrisch derart von dem Antennenanschluss ANT getrennt, dass kein Strom an den Sendeanschluss TX geliefert wird. Der Empfangsanschluss RX ist ebenfalls derart elektrisch von Masse getrennt, dass das von der Antenne ANT empfangene HF-Signal an den Empfangsanschluss RX geliefert wird.
  • Ferner muss das HF-Signal nicht durch irgendwelche Transistoren 320 und 330 übertragen werden, und somit wird aufgrund der Transistoren 320 und 330 wenig bis keine Einfügungsdämpfung in das HF-Signal eingeführt.
  • Hochleistungs-Hochfrequenz(HF)-Schalter mit niedrigem Leckstrom und niedriger Einfügungsdämpfung werden bereitgestellt. In einer Ausführungsform weist ein HF-Schalter mehrere Transistoren auf und kann dazu ausgebildet sein, einen eines Sendepfads oder eines Empfangspfads selektiv mit einer Antenne zu verbinden. Alle der Transistoren können dazu ausgebildet sein, dass sie sich in einem Ein-Zustand befinden, wenn der HF-Schalter in einem Hochleistungsmodus arbeitet, und alle der Transistoren können dazu ausgebildet sein, dass sie sich in einem Aus-Zustand befinden, wenn der HF-Schalter in einem Niedrigleistungsmodus arbeitet.
  • Anwendungen
  • Einrichtungen, die die oben beschriebenen Schemata verwenden, können in verschiedenen Elektroniksystemen umgesetzt werden. Zu Beispielen für die Elektroniksysteme können unter anderem Verbraucherelektronikprodukte, Teile der Verbraucherelektronikprodukte, elektronisches Testgerät, Kommunikationsinfrastrukturanwendungen und so weiter zählen. Ferner können die Elektroniksysteme unfertige Produkte aufweisen, einschließlich jener für Kommunikations-, Industrie-, Medizin- und Kraftfahrzeuganwendungen.
  • Schlussfolgerung
  • Die obige Beschreibung kann sich auf Elemente oder Merkmale als miteinander „verbunden“ oder „gekoppelt“ beziehen. Wie hierin verwendet, bedeutet, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben, „verbunden“, dass ein Element/Merkmal direkt oder indirekt mit einem anderen Element/Merkmal und nicht notwendigerweise mechanisch verbunden ist. Gleichermaßen bedeutet, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist, „gekoppelt“, dass ein Element/Merkmal direkt oder indirekt mit einem anderen Element/Merkmal und nicht notwendigerweise mechanisch gekoppelt ist. Somit können, obwohl die in den Figuren gezeigten verschiedenen Schemata Beispielanordnungen von Elementen und Komponenten darstellen, können in einer tatsächlichen Ausführungsform (unter der Annahme, dass die Funktionalität der dargestellten Schaltungen nicht beeinträchtigt wird) zusätzliche dazwischenliegende Elemente, Einrichtungen, Merkmale oder Komponenten vorliegen.
  • Wenngleich gewisse Ausführungsformen beschrieben worden sind, sind diese Ausführungsformen nur beispielhaft vorgelegt worden und sollen nicht den Schutzbereich der Offenbarung beschränken. Tatsächlich können die hierin beschriebenen neuartigen Vorrichtungen, Verfahren und Systeme in einer Vielzahl anderer Formen verkörpert werden; ferner 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, während die offenbarten Ausführungsformen in einer gegebenen Anordnung vorgelegt werden, alternative Ausführungsformen ähnliche Funktionalitäten mit verschiedenen 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 unterschiedlicher Weisen umgesetzt werden. Eine beliebige geeignete Kombination der Elemente und Handlungen der oben beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen kann kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen bereitzustellen. Dementsprechend wird der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nur durch Bezugnahme auf die beigefügten Ansprüche definiert.
  • Obwohl die hier vorgelegten Ansprüche im Format einer einzelnen Abhängigkeit für die Einreichung an das USPTO vorgelegt werden, versteht sich, dass ein beliebiger Anspruch von einem beliebigen vorausgegangenen Anspruch von dem gleichen Typ abhängen kann, außer wenn das technisch eindeutig nicht umsetzbar ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 62/838549 [0001]

Claims (23)

  1. Hochfrequenz(HF)-System mit niedriger Schaltereinfügungsdämpfung, wobei das HF-System aufweist: eine Antenne; einen Sendepfad, der dazu ausgebildet ist, ein Sendesignal für die Antenne zu generieren; einen Empfangspfad, der dazu ausgebildet ist, ein Empfangssignal von der Antenne zu verarbeiten; und einen HF-Schalter, der mehrere Transistoren aufweist und dazu eingerichtet ist, in einem ersten Modus und einem zweiten Modus betrieben zu werden, wobei der HF-Schalter dazu ausgebildet ist, in dem zweiten Modus das Empfangssignal von der Antenne an den Empfangspfad zu liefern, wobei alle der Transistoren dazu eingerichtet sind, in einem Ein-Zustand zu sein, wenn der HF-Schalter in dem ersten Modus arbeitet, und alle der Transistoren dazu eingerichtet sind, in einem Aus-Zustand zu sein, wenn der HF-Schalter in dem zweiten Modus arbeitet.
  2. HF-System nach Anspruch 1, wobei der HF-Schalter ferner aufweist: ein Balunglied, das elektrisch mit jedem der Antenne, des Sendepfads und des Empfangspfads verbunden ist.
  3. HF-System nach Anspruch 2, wobei das Balunglied aufweist: eine erste Schleife, und eine zweite Schleife, die magnetisch an die erste Schleife gekoppelt ist, wobei ein erstes Ende der ersten Schleife elektrisch mit der Antenne verbunden ist und ein zweites Ende der ersten Schleife elektrisch mit dem Empfangspfad verbunden ist, und wobei ein erstes Ende der zweiten Schleife elektrisch mit dem Sendepfad verbunden ist.
  4. HF-System nach Anspruch 3, wobei die mehreren Transistoren aufweisen: einen ersten Transistor mit einem Drain, der elektrisch mit dem Empfangspfad verbunden ist, und einer Source, die elektrisch mit einer Referenzspannung verbunden ist, und einen zweiten Transistor mit einem Drain, der elektrisch mit einem zweiten Ende der zweiten Schleife verbunden ist, und einer Source, die elektrisch mit der Referenzspannung verbunden ist.
  5. HF-System nach Anspruch 4, wobei jeder des ersten und zweiten Transistors dazu ausgebildet ist, in dem ersten Modus das Balunglied elektrisch mit der Referenzspannung zu verbinden und in dem zweiten Modus das Balunglied elektrisch von der Referenzspannung zu trennen.
  6. HF-System nach Anspruch 4 oder 5, wobei der erste Transistor dazu ausgebildet ist, in dem ersten Modus den Empfangspfad mit der Referenzspannung zu verbinden.
  7. HF-System nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei der HF-Schalter dazu ausgebildet ist, in dem ersten Modus das Sendesignal von dem Sendepfad an die Antenne zu liefern.
  8. HF-System nach einem der Ansprüche 2 bis 7, ferner aufweisend einen Zirkulator und eine Abschlussimpedanz, wobei der HF-Schalter dazu ausgebildet ist, in dem ersten Modus die Abschlussimpedanz elektrisch mit einem Empfangsanschluss des Zirkulators zu verbinden.
  9. HF-System nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei der Sendepfad dazu ausgebildet ist, das Sendesignal mit einer Spannung zu generieren, die größer ist als eine Durchbruchspannung jedes der Transistoren.
  10. HF-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der HF-Schalter ferner aufweist: eine Induktivität, die elektrisch mit der Antenne, dem Sendepfad und dem Empfangspfad verbunden ist.
  11. HF-System nach Anspruch 10, wobei ein erstes Ende der Induktivität elektrisch mit der Antenne und dem Sendepfad verbunden ist und wobei ein zweites Ende der Induktivität elektrisch mit dem Empfangspfad verbunden ist.
  12. HF-System nach Anspruch 11, wobei die mehreren Transistoren aufweisen: einen ersten Transistor mit einem Drain, der elektrisch mit dem Empfangspfad verbunden ist, und einer Source, die elektrisch mit einer Referenzspannung verbunden ist, und einen zweiten Transistor mit einem Drain, der elektrisch mit einem ersten Ende der Induktivität verbunden ist, und einer Source, die elektrisch mit dem Sendepfad verbunden ist.
  13. Hochfrequenz(HF)-Schalter mit niedriger Einfügungsdämpfung, wobei der HF-Schalter aufweist: mehrere Anschlüsse einschließlich eines Antennenanschlusses, eines Empfangsanschlusses und eines Sendeanschlusses; und mehrere Transistoren, die steuerbar sind, um den HF-Schalter in einen ersten Modus oder einen zweiten Modus zu versetzen, wobei der HF-Schalter dazu ausgebildet ist, im ersten Modus den Sendeanschluss mit dem Antennenanschluss zu verbinden, und im zweiten Modus den Antennenanschluss mit dem Empfangsanschluss zu verbinden, wobei alle der Transistoren dazu eingerichtet sind, in einem Ein-Zustand zu sein, wenn der HF-Schalter in dem ersten Modus arbeitet, und alle der Transistoren dazu eingerichtet sind, in einem Aus-Zustand zu sein, wenn der HF-Schalter in dem zweiten Modus arbeitet.
  14. HF-Schalter nach Anspruch 13, ferner aufweisend: ein Balunglied, das elektrisch mit dem Antennenanschluss, dem Sendeanschluss und dem Empfangsanschluss verbunden ist.
  15. HF-Schalter nach Anspruch 14, wobei das Balunglied aufweist: eine erste Schleife, die elektrisch zwischen den Antennenanschluss und den Empfangsanschluss geschaltet ist, und eine zweite Schleife, die elektrisch mit dem Sendeanschluss verbunden ist.
  16. HF-Schalter nach Anspruch 15, wobei die mehreren Transistoren aufweisen: einen ersten Transistor, der elektrisch zwischen den Empfangsanschluss und eine Referenzspannung geschaltet ist, und einen zweiten Transistor, der elektrisch in Reihe mit der zweiten Schleife zwischen den Sendeanschluss und die Referenzspannung geschaltet ist.
  17. HF-Schalter nach Anspruch 16, wobei jeder des ersten und zweiten Transistors dazu ausgebildet ist, in dem ersten Modus das Balunglied elektrisch mit der Referenzspannung zu verbinden und in dem zweiten Modus das Balunglied elektrisch von dem Referenzspannungsmodus zu trennen.
  18. HF-Schalter nach Anspruch 16 oder 17, auf einem Halbleiter-Die hergestellt.
  19. HF-Schalter nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei der Sendeanschluss dazu ausgebildet ist, ein HF-Sendesignal mit einer Spannung zu verarbeiten, die größer ist als eine Durchbruchspannung jedes der Transistoren.
  20. Verfahren zum Steuern eines Hochfrequenz(HF)-Schalters, um eine niedrige Einfügungsdämpfung bereitzustellen, wobei das Verfahren aufweist: selektives Verbinden eines Sendepfads oder eines Empfangspfads mit einer Antenne unter Verwendung eines HF-Schalters, wobei der HF-Schalter mehrere Transistoren aufweist; Steuern aller der Transistoren, dass sie sich in einem Ein-Zustand befinden, wenn der HF-Schalter in einem Hochleistungsmodus arbeitet; und Steuern aller der Transistoren, dass sie sich in einem Aus-Zustand befinden, wenn der HF-Schalter in einem Niedrigleistungsmodus arbeitet.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei der HF-Schalter ferner ein Balunglied aufweist, wobei das Verfahren ferner aufweist: elektrisches Verbinden des Balunglieds mit einer Referenzspannung in dem Hochleistungsmodus; und elektrisches Trennen des Balunglieds von der Referenzspannung in dem Niedrigleistungsmodus.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, ferner aufweisend: elektrisches Verbinden der Antenne mit dem Empfangspfad durch eine erste Spule des Balunglieds in dem Niedrigleistungsmodus; und Induzieren eines HF-Signals an der Antenne als Reaktion auf das Empfangen eines Sendesignals an einer zweiten Spule des Balunglieds in dem Hochleistungsmodus.
  23. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, ferner aufweisend: elektrisches Verbinden der Antenne mit dem Sendepfad in dem Hochleistungsmodus; und elektrisches Verbinden der Antenne mit dem Empfangspfad in dem Niedrigleistungsmodus.
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