FR2921213A1

FR2921213A1 - Systemes, procedes, et appareils pour commutateurs d'antenne haute puissance a semi-conducteur a oxyde de metal complementaire(cmos) utilisant la commutation de corps et un composant externe dans une structure a empilages multiples

Info

Publication number: FR2921213A1
Application number: FR0856168A
Authority: FR
Inventors: Min Sik Ahn; Chang Ho Lee; Jaejoon Chang; Wang Myong Woo; Haksun Kim; Joy Laskar
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2007-09-14
Filing date: 2008-09-12
Publication date: 2009-03-20
Anticipated expiration: 2028-09-12
Also published as: KR20090028446A; FR2921213B1; KR101208175B1; US20090073078A1; GB0816744D0; US7738841B2; CN101388682A; GB2452849B; DE102008046778A1; FI123967B; FI20085844A0; FI20085844A; GB2452849A

Abstract

Les modes de réalisation de l'invention peuvent fournir un commutateur d'antenne CMOS, appelé commutateur CMOS SPDT. Le commutateur d'antenne CMOS peut fonctionner à une pluralité de fréquences, éventuellement autour de 900 MHz, 1,9 GHz et 2,1 GHz selon un mode de réalisation de l'invention. Le commutateur d'antenne CMOS peut comprendre à la fois un commutateur de réception et un commutateur d'émission. Le commutateur de réception peut utiliser un transistor à empilages multiples avec un commutateur du corps de substrat et la fixation d'un condensateur extérieur entre le drain et la grille pour bloquer les signaux de forte puissance du trajet d'émission ainsi que pour maintenir une perte d'insertion réduite sur le trajet du récepteur. Les modes de réalisation exemplaires du commutateur d'antenne CMOS peuvent fournir 38 dBm P 0,1 dB dans plusieurs bandes (par exemple, 900 MHz, 1,8 GHz, et 2,1 GHz). De plus, des performances de -60 dBc de seconde et de troisième harmonique jusqu'à une entrée de 30 dBm, peuvent être obtenues selon les modes de réalisation exemplaires de l'invention.

Description

SYSTEMES, PROCEDES, ET APPAREILS POUR COMMUTATEURS D'ANTENNE HAUTE PUISSANCE A SEMI-CONDUCTEUR A OXYDE DE METAL COMPLEMENTAIRE (CMOS) UTILISANT LA COMMUTATION DE CORPS ET UN COMPOSANT EXTERNE DANS UNE STRUCTURE A EMPILAGES MULTIPLES Domaine de l'invention La présente invention concerne globalement les commutateurs d'antenne, et plus particulièrement, les commutateurs d'antenne CMOS (semi-conducteur à oxyde de métal complémentaire). Contexte de l'invention Cette dernière décennie, l'industrie de la communication sans fil a connu une croissance explosive, qui a à son tour accéléré le développement de l'industrie des circuits intégrés (IC). En particulier, dans l'industrie IC, de nombreux systèmes d'application mobiles tels que les amplificateurs à faible bruit (LNA), mélangeurs, et oscillateurs commandés en tension (VCO) ont été intégrés dans la technologie CMOS. Deux composants d'application mobile importants, les amplificateurs de puissance (PA) et les commutateurs de radiofréquence (RF), n'ont pas encore été intégrés commercialement dans la technologie CMOS. Cependant, la recherche dans l'industrie IC progresse rapidement vers l'intégration de l'amplificateur de puissance dans la technologie CMOS. Par exemple, la recherche actuelle indique qu'un amplificateur de puissance CMOS est réalisable et peut fournir une quantité de puissance importante, peut-être jusqu'à 2 W, pour des communications mobiles. Par conséquent, quand l'amplificateur de puissance est intégré dans la technologie CMOS, un commutateur RF intégré dans la technologie CMOS est nécessaire. Cependant, la technologie CMOS actuelle présente un ensemble de difficultés pour son application aux commutateurs RF. En particulier, les caractéristiques du matériau CMOS, comprenant des substrats avec des pertes à cause de la mobilité réduite des électrons et des tensions disruptives réduites à cause de la jonction p-n, des effets de porteur chaud, ont empêché la technologie CMOS d'être utilisée pour les commutateurs RF nécessitant un fonctionnement sur plusieurs bandes, des niveaux de puissance élevés, et/ou une intégration avec d'autres dispositifs et circuits. Bref résumé de l'invention Les modes de réalisation de l'invention peuvent fournir des commutateurs RF CMOS, qui peuvent être appelés commutateurs SPDT CMOS. Selon un mode de réalisation de l'invention, le commutateur RF CMOS peut être fabriqué en utilisant un procédé standard de 0,18 }gym, bien que d'autres procédés puissent être utilisés sans se départir des modes de réalisation de l'invention. Afin de permettre une capacité de traitement de haute puissance dans un fonctionnement sur des bandes multiples (par exemple, environ 900 MHz, 1, 9 GHz et 2,1 GHz) du commutateur RF CMOS, un transistor à empilages multiples avec une commutation de corps de substrat peut être appliqué au commutateur de réception. Selon un mode de réalisation de l'invention, le commutateur RF CMOS peut fournir une capacité de blocage de puissance supérieure et un courant de fuite inférieur vers le commutateur de réception dans le mode de transmission (Tx) ainsi qu'une perte d'insertion réduite dans le mode de réception (Rx) en bandes multiples (par exemple, 900 MHz, 1,9 GHz et 2,1 GHz). Un exemple de mode de réalisation de l'invention concerne un commutateur d'antenne CMOS. Le commutateur d'antenne CMOS peut comprendre une antenne opérationnelle à une pluralité de bandes de fréquence radio (RF), un commutateur d'émission en communication avec l'antenne, et un commutateur de réception en communication avec l'antenne, le commutateur de réception comprenant une pluralité de transistors. Le commutateur d'antenne CMOS peut également comprendre un premier composant extérieur prévu pour un premier transistor de la pluralité de transistors, le premier transistor comprenant une première source et une première grille, et dans lequel le premier composant extérieur raccorde la première source et la première grille, et un second composant extérieur prévu pour un second transistor de la pluralité de transistors, le second transistor comprenant une seconde grille, un second drain, et un second corps de substrat, le second composant extérieur raccordant la seconde grille et le second drain, et le second corps de substrat étant raccordable sélectivement entre une résistance et la masse. Un autre exemple de mode de réalisation de l'invention concerne un procédé pour un commutateur d'antenne CMOS. Le procédé peut comprendre la fourniture d'une antenne opérationnelle à une pluralité de bandes de fréquence radio (RF), le raccordement électrique d'un commutateur d'émission et d'un commutateur de réception à l'antenne, le commutateur de réception comprenant une pluralité de transistors, et la fourniture d'un premier composant extérieur pour un premier transistor de la pluralité de transistors, le premier transistor comprenant une première source et une première grille, et dans lequel le premier composant extérieur raccorde la première source et la première grille. Le procédé peut également comprendre la fourniture d'un second composant extérieur pour un second transistor de la pluralité de transistors, le second transistor comprenant une seconde grille, un second drain, et un second corps de substrat, le second composant extérieur raccordant la seconde grille et le second drain, et le second corps de substrat étant raccordable sélectivement entre une résistance et la masse. Encore un autre mode de réalisation de l'invention concerne un commutateur d'antenne CMOS. Le commutateur d'antenne CMOS peut comprendre une antenne opérationnelle à une pluralité de bandes de fréquence radio (RF), un commutateur d'émission en communication avec l'antenne, et un commutateur de réception en communication avec l'antenne, le commutateur de réception comprenant une pluralité de transistors, comprenant un premier transistor ayant une première source et une première grille, et un second transistor ayant une seconde grille, un second drain, et un second corps de substrat. Le commutateur d'antenne CMOS peut également comprendre un moyen pour raccorder électriquement la première source et la première grille, un moyen pour raccorder électriquement la seconde grille et le second drain, et un moyen pour raccorder sélectivement le second corps de substrat entre une résistance et la masse.

Brève description des diverses figures Ayant ainsi décrit l'invention en termes généraux, il est maintenant fait référence aux dessins joints, qui ne sont pas nécessairement représentés à l'échelle, et dans lesquels : les figures 1A, 1B et 1C illustrent le fonctionnement exemplaire simplifié d'un commutateur de réception utilisant une technique de commutation de corps exemplaire selon un exemple de mode de réalisation de l'invention ; la figure 2A illustre un modèle localisé équivalent d'un transistor à corps flottant dans un état OFF, selon un exemple de mode de réalisation de l'invention ; la figure 2B illustre un modèle localisé équivalent d'un transistor à corps mis à la terre dans l'état OFF, selon un exemple de mode de réalisation de l'invention ; la figure 3 illustre un modèle localisé équivalent de transistor à corps flottant dans l'état ON, selon un exemple de mode de réalisation de l'invention ; les figures 4A, 4B et 4C illustrent le fonctionnement exemplaire simplifié d'un commutateur de réception selon les modes de réalisation exemplaires de l'invention ; la figure 5 illustre un modèle localisé équivalent d'une structure à empilages multiples d'un commutateur de réception utilisant une technique de commutation de corps et des composants extérieurs tels que des condensateurs, selon un exemple de mode de réalisation de l'invention ; la figure 6 illustre un mécanisme d'activation d'un commutateur dans l'état OFF quand un signal de haute puissance est appliqué, selon un exemple de mode de réalisation de l'invention ; la figure 7 illustre un exemple de résultats de simulation d'un commutateur de réception en termes de capacitance du dispositif à l'état OFF en fonction du niveau de puissance d'entrée, selon un exemple de mode de réalisation de l'invention ; la figure 8A illustre un exemple de résultats de simulation d'un commutateur de réception en termes d'impédance du dispositif à l'état OFF, selon un exemple de mode de réalisation de l'invention ; la figure 8B illustre un exemple de résultats de simulation d'un commutateur de réception en termes d'impédance du dispositif à l'état OFF, selon un exemple de mode de réalisation de l'invention ; la figure 9 illustre un exemple de résultats de simulation d'un commutateur de réception en termes de courant de fuite vers le récepteur, selon un exemple de mode de réalisation de l'invention ; la figure 10 illustre un exemple de résultats de simulation d'un commutateur d'émission en termes de capacité de traitement de puissance, selon un exemple de mode de réalisation de l'invention ; la figure 11 illustre un exemple de résultats de simulation d'un commutateur d'émission en termes de performances de deuxième harmonique, selon un exemple de mode de réalisation de l'invention ; la figure 12 illustre un exemple de résultats de simulation d'un commutateur d'émission en termes de performances de troisième harmonique, selon un exemple de mode de réalisation de l'invention. Description détaillée de l'invention Les modes de réalisation de l'invention sont maintenant décrits plus complètement ci-dessous en référence aux dessins joints, dans lesquels une partie, mais pas la totalité de tous les modes de réalisation de l'invention est illustrée. En effet, ces inventions peuvent être réalisées sous de nombreuses formes différentes et ne doivent pas être interprétées comme limitées aux modes de réalisation décrits ici ; au contraire, ces modes de réalisation sont prévus de telle sorte que cette description satisfasse les exigences légales applicables. Les numéros identiques font référence aux éléments identiques dans l'ensemble du document. Les modes de réalisation de l'invention peuvent fournir des commutateurs d'antenne RF CMOS, qui peuvent également être appelés commutateurs SPDT CMOS. Les commutateurs d'antenne RF CMOS selon les modes de réalisation de l'invention peuvent permettre plusieurs opérations sur des bandes multiples, un traitement de haute puissance, et l'intégration avec d'autres dispositifs et circuits. Globalement, le commutateur d'antenne RF CMOS peut comprendre un commutateur de réception et un commutateur d'émission. Le commutateur de réception peut utiliser plusieurs corps de substrat de commutation et composants extérieurs tels que des condensateurs entre la grille de drain et la grille de source dans une structure à empilages multiples, décrite de façon plus détaillée ci-dessous. De plus, le commutateur d'émission peut utiliser une technique de réglage de corps de substrat, également décrite de façon plus détaillée ci-dessous. 1. Premier mode de réalisation du commutateur d'antenne RF CMOS Un commutateur d'antenne RF CMOS selon un mode de réalisation de l'invention est maintenant décrit en référence aux figures 1 à 3. Il faut apprécier que bien qu'un mode de réalisation particulier du commutateur d'antenne RF CMOS soit illustré sur les figures 1 à 3, d'autres variantes du commutateur d'antenne RF CMOS illustré sont disponibles sans se départir d'un mode de réalisation de l'invention. La figure 1A illustre un commutateur d'antenne RF CMOS simplifié et son fonctionnement selon un exemple de mode de réalisation de l'invention. Le commutateur d'antenne RF CMOS peut comprendre un commutateur d'émission 102 et un commutateur de réception 104, selon un exemple de mode de réalisation de l'invention. De plus, le commutateur d'antenne RF CMOS peut comprendre une antenne 100 en communication avec au moins l'un du commutateur d'émission 102 et du commutateur de réception 104. Selon un exemple de mode de réalisation de l'invention, l'antenne 100 peut être une antenne unique multimode (par exemple, RX et TX), à bandes multiples, bien qu'une pluralité d'antennes distinctes puisse être utilisée selon d'autres modes de réalisation de l'invention. Le commutateur de réception 104 peut être composé de transistors en cascade ou empilés 108, 110, 112, et 106, qui peuvent être des transistors à semi-conducteur à oxyde de métal complémentaire (CMOS), selon un exemple de mode de réalisation de l'invention. Le transistor 108 peut comprendre une source 108a, une grille 108b, un drain 108c, et un corps de substrat 108d. Le transistor 110 peut comprendre une source 110a, une grille 110b, un drain 110c, et un corps de substrat 110d. Le transistor 112 peut comprendre une source 112a, une grille 112b, un drain 112c, et un corps de substrat 112d. Le transistor 106 peut comprendre une source 106a, une grille 106b, un drain 106c, et un corps de substrat (non présenté). Le transistor 108 peut comprendre son drain 108c raccordé à la source 110a du transistor 110. De plus, le transistor 110 peut avoir son drain 110c raccordé à la source de transistor 112a. Le drain 112c du transistor 104 peut être raccordé au bloc de réception (RX) pour traiter les signaux reçus en provenance de l'antenne 100. De plus, le corps de substrat 112a du transistor 112 peut être raccordé à la source 106a du transistor 106. Le drain 106c du transistor 106 peut être raccordé à la masse. Ainsi que cela est décrit de façon plus détaillée, au moins un transistor 106, qui peut fonctionner comme un commutateur de corps de substrat pour le transistor 112, peut être prévu sur le corps de substrat 112d selon une technique exemplaire de commutation de corps. En particulier, le au moins un transistor 106 peut être commuté dans un état ON ou un état OFF, selon qu'un mode de transmission (Tx) ou un mode de réception (Rx) respectifs sont en fonctionnement. Ainsi que cela est décrit de façon plus détaillée ci-dessous selon un exemple de mode de réalisation de l'invention, le commutateur de réception 104 de la figure 1A peut donner des circuits équivalents différents selon que le commutateur de réception 104 est dans un état OFF, ainsi que cela est illustré sur la figure 1B, ou un état ON, ainsi que cela est illustré sur la figure 1C. A. Mode de transmission La figure 1B illustre un circuit équivalent du commutateur de réception 104 dans un état OFF (par exemple, désactivation, blocage, etc.), selon un exemple de mode de réalisation de l'invention. Sur la figure 1B, le commutateur de réception 104 peut être placé dans l'état OFF afin de fournir l'isolation du commutateur d'émission 102. Avec le commutateur de réception 104 dans l'état OFF, un signal de transmission peut être prévu depuis un bloc de transmission (Tx) vers l'antenne 100. Ainsi que cela est illustré sur la figure 1B, quand le commutateur de réception 104 est dans un état OFF, les transistors empilés 108, 110, 112 peuvent ensuite être placés dans un état OFF (par exemple ouverts), fournissant ainsi une impédance supérieure. Le transistor empilé 106 peut être placé dans un état ON 114 (par exemple fermé), court-circuitant ainsi le corps de substrat 112d du transistor 112 à la masse, et réduisant le trajet des signaux pour le déplacement du courant de fuite de la source 112a au drain 112c.

Dans la configuration de la figure 1B, la puissance du signal de transmission (Tx) peut être optimisée (et la capacité de traitement de puissance du bloc Tx optimisée). La capacité de traitement de puissance du commutateur d'émission 102 peut être déterminée en contrôlant le courant de fuite dirigé vers le commutateur de réception dans l'état OFF 104 ainsi que la tension disruptive source-drain des commutateurs en cascade 108, 110, et 112 du commutateur de réception 104. Donc, la puissance de transmission maximale du commutateur d'émission 102 peut dépendre des caractéristiques du commutateur de réception 104. Il faut apprécier qu'afin d'augmenter la capacité de traitement de puissance du commutateur Tx 102, le nombre de transistors à empilages multiples 108, 110, 112 peut être augmenté pour réduire la charge disruptive de chaque transistor 108, 110, 112. Par exemple, plus de trois transistors 108, 110, et 112 peuvent être en cascade, selon un autre mode de réalisation de l'invention. En outre, il faut apprécier que le dernier transistor 112 provenant de l'antenne 112 peut contrôler le courant de fuite au commutateur de réception 104. Si le courant de fuite vers les commutateurs dans l'état OFF 108, 110, et 112 dans le trajet Rx est minimisé, la puissance maximale peut être délivrée du bloc Tx à l'antenne 100. Ainsi que cela est décrit ci-dessus, le transistor de commutation de corps 106 connecté entre la masse et le corps de substrat 112d du transistor 112 peut être utilisé pour contrôler le courant de fuite au commutateur de réception 104. Plus particulièrement, en plaçant le transistor de commutation de corps 106 dans l'état ON 114, le corps de substrat 112d du dernier transistor 112 provenant de l'antenne 100 vers le bloc Rx peut être mis à la masse, réduisant ainsi le trajet de déplacement des signaux de courant de fuite de la source 112a au drain 112c. Toujours en référence à la figure 1B, quand le commutateur de réception 104 est dans la position OFF, les transistors empilés 108, 110 peuvent être des transistors à corps flottant alors que le transistor empilé 112 peut être un transistor à corps mis à la terre. La figure 2A illustre un modèle localisé équivalent d'un transistor à corps flottant dans un état OFF 200 tels que les transistors 108, 110 sur la figure 1B, selon un exemple de mode de réalisation de l'invention. La figure 2B illustre un modèle localisé équivalent d'un transistor à corps mis à la terre dans un état OFF 202 tel que le transistor 112 sur la figure 1B, selon un exemple de mode de réalisation de l'invention. Les modèles équivalents sur les figures 2A et 2B comprennent des condensateurs 212, 214, 216, 218 ainsi que des diodes de jonction p-n 204, 206, selon un exemple de mode de réalisation de l'invention. Quand une excursion de tension de l'antenne 100 est reçue par le commutateur de réception 104, l'excursion de tension peut être divisée entre les transistors empilés 108, 110, et 112. Par conséquent, le dernier transistor 112 peut seulement expérimenter un tiers de l'excursion de tension complète de l'antenne, réduisant ainsi la possibilité qu'une tension disruptive de source-drain survienne pour le transistor 112. Il faut apprécier, cependant, que l'excursion de tension au dernier transistor 112 peut être différente, et peut-être inférieure, si des transistors supplémentaires précédents sont prévus selon d'autres modes de réalisation de l'invention pour réduire la charge des transistors empilés 108, 110, 112. Les transistors 108, 110 peuvent être des transistors à corps flottants, ainsi que cela est illustré sur la figure 2A. Cependant, afin de réduire le courant de fuite vers le bloc Rx et optimiser le traitement de puissance du bloc Tx à l'antenne 100, le transistor de commutation de corps 106 peut être placé dans la position ON 114 pour connecter le corps de substrat 112d à la masse. Par conséquent, le transistor 112 peut être un transistor à corps mis à la terre, ainsi que cela est illustré sur la figure 2B, ce qui réduit le trajet de déplacement des signaux pour le courant de fuite de la source 112a au drain 112c. Quand une excursion de tension négative est appliquée au commutateur de réception 104, les diodes de jonction p-n 204, 206 du transistor 112 peuvent être activées de telle sorte que le courant de fuite puisse survenir par le courant traversant les diodes de jonction p-n 204, 206. Un problème avec l'activation de la diode de jonction p-n 204, 206 peut être l'écrêtage possible de l'excursion de tension négative de telle sorte que la capacité de traitement de puissance du bloc Tx à l'antenne 100 peut être limitée. Cependant, ce courant de fuite généré par la formation en canal du dispositif 112 dans l'état OFF est empêché étant donné que le niveau de tension en 112a est fixé par la tension d'activation de la diode de jonction p-n 204. En effet, les transistors à empilages multiples 108, 110, et 112 dans l'état OFF peuvent diviser l'excursion de tension au port de l'antenne de telle sorte que le dernier transistor dans l'état OFF 112, et donc, les diodes de jonction p-n 204, 206, puissent expérimenter seulement un tiers de l'excursion de tension à l'antenne 100. Donc, l'excursion totale de la tension au port de l'antenne peut ne pas être suffisante pour activer les diodes de jonction p-n 204, 206 sur le dernier transistor 112. B. Mode de réception La figure 1C illustre un circuit équivalent du commutateur de réception 104 dans un état ON (par exemple, activation, réception, etc.), selon un exemple de mode de réalisation de l'invention. Sur la figure 1C, le commutateur de réception 104 peut être placé dans la position ON afin que le bloc de réception (RX) reçoive un signal provenant de l'antenne 100. Avec le commutateur de réception 104 dans l'état ON, le commutateur d'émission 102 peut être placé dans l'état OFF (par exemple, désactivé, blocage) pour isoler le commutateur d'émission 102 du commutateur de réception 104. Ainsi que cela est illustré sur la figure 1C, quand le commutateur de réception 104 est dans un état ON, le transistor empilé 106 peut être placé dans un état OFF 116, fournissant ainsi une résistance équivalente entre le corps de substrat 112d du transistor 112 et la masse (c'est-à-dire un corps flottant). De cette façon, la perte d'insertion sur le trajet de réception (Rx) provenant de l'antenne 100 au bloc RX peut être minimisée. La figure 3 illustre un modèle localisé équivalent du transistor à corps flottant dans l'état ON 300, selon un exemple de mode de réalisation de l'invention. Ainsi que cela est décrit ci-dessus, le transistor 106 peut être disposé dans une position OFF 116 pour fournir un transistor à corps flottant, ainsi que cela est illustré par le modèle localisé équivalent de la figure 3. Sur la figure 3, quand la taille du transistor 112 augmente, les condensateurs passifs 304, 306, 308, 310 peuvent fournir un autre trajet de signal dans l'état ON 300. Plus particulièrement, le transistor dans l'état ON de la figure 3 peut comporter une résistance ON 302, un condensateur grille-drain 308 à condensateur grille-source 310, et un condensateur drain-corps 304, et condensateur corps-source 306 comme trajets de signaux. Si les corps de substrat ont été mis à la masse, l'un de ces trajets de signaux à travers les condensateurs 304, 306 peut être perdu, augmentant ainsi la perte d'insertion. Par conséquent, quand le commutateur de réception 104 est dans l'état ON, le dernier transistor 112 doit être dans un état de corps flottant (par exemple, avec le transistor 106 dans l'état ON 116) pour assurer une perte d'insertion minime. II. Second mode de réalisation d'un commutateur d'antenne RF CMOS Un mode de réalisation en variante d'un commutateur d'antenne RF CMOS avec une capacité supplémentaire de traitement de puissance est maintenant décrit en référence aux figures 4A à 6. Globalement, le commutateur d'antenne RF CMOS avec une capacité améliorée de traitement de puissance peut comprendre des composants extérieurs tels que des condensateurs pour améliorer le traitement de puissance du commutateur d'antenne CMOS. En référence à la figure 4A, le commutateur d'antenne RF CMOS peut comprendre un commutateur d'émission 402 et un commutateur de réception 404. En outre, une antenne 400 peut être prévue en communication avec au moins l'un du commutateur d'émission 402 et du commutateur de réception 404. Le commutateur de réception 404 peut comprendre des transistors empilés 408, 410, 412, et 406, qui peuvent être des transistors à semi-conducteur à oxyde de métal complémentaire (CMOS), selon un exemple de mode de réalisation de l'invention. Le commutateur de réception 404 peut également comprendre des condensateurs 418, 420. Le transistor 408 peut comprendre une source 408a, une grille 408b, un drain 408c, et un corps de substrat 408d. Le transistor 410 peut comprendre une source 410a, une grille 410b, un drain 410c, et un corps de substrat 410d. Le transistor 412 peut comprendre une source 412a, une grille 412b, un drain 412c, et un corps de substrat 412d. Le transistor 406 peut comprendre une source 406a, une grille 406b, un drain 406c, et un corps de substrat (non présenté).

Ainsi que cela est illustré sur la figure 4A, un composant extérieur tel qu'un condensateur 418 peut être prévu entre la source 408a et la grille 408b du transistor 408. De façon identique, la source 408a (ou drain 408c) du transistor 408 peut être raccordée à son corps de substrat 408d. Le drain 408c du transistor 408 peut être raccordé à la source 410a du transistor 410. De plus, la source 410a (ou drain 410c) du transistor 410 peut être raccordée à son corps de substrat 410d. Le drain 410c du transistor 410 peut être raccordé à la source 412a du transistor 412. Un autre composant extérieur tel qu'un condensateur 420 peut être positionné entre la grille 412b et le drain 412c du transistor 412. En outre, le corps de substrat 412a du transistor 412 peut être raccordé à la source 406a du transistor 406. Le drain 406c du transistor 406 peut être raccordé à la masse. Ainsi que cela est décrit de façon similaire ci-dessus, le transistor 406 peut fonctionner comme un commutateur de corps de substrat pour le transistor 412. A. Mode de transmission La figure 4B illustre un circuit équivalent du commutateur de réception 404 dans un état OFF (par exemple, désactivation, blocage, etc.), selon un exemple de mode de réalisation. Sur la figure 1B, le commutateur de réception 404 peut être placé dans l'état OFF afin de fournir l'isolation du commutateur d'émission 402. Avec le commutateur de réception 404 dans l'état OFF, un signal de transmission peut être prévu depuis un bloc de transmission (Tx) à l'antenne 400. Ainsi que cela est illustré sur la figure 4B, quand le commutateur de réception 404 est dans un état OFF, les transistors empilés 408, 410, 412 peut ensuite être placé dans un état OFF (par exemple, ouvert), fournissant ainsi une impédance supérieure. Le transistor empilé 406 peut être placé dans un état ON 414 (par exemple, fermé), mettant ainsi en court-circuit le corps de substrat 412d du transistor 412 à la masse, et réduisant le trajet de déplacement des signaux pour le courant de fuite de la source 412a au drain 412c. La capacité de traitement de puissance du commutateur d'émission 402 peut dépendre des performances du commutateur de réception 404 dans l'état OFF. L'acceptation d'une grande excursion de tension au port de l'antenne 400, le maintien de l'impédance élevée de commutateur de réception dans l'état OFF 404, et la désactivation des diodes de jonction du substrat dans le commutateur de réception 404 pour les excursions de tension négative peuvent permettre une capacité de traitement de puissance élevée du commutateur d'antenne CMOS. Selon un exemple de mode de réalisation de l'invention, de grandes excursions de tension au port de l'antenne 400 peuvent être partiellement résolues en utilisant des transistors empilés 408, 410, 412, ainsi que cela est prévu pour le commutateur de réception 404. En effet, ainsi que cela est décrit de façon similaire ci-dessus, les grandes excursions de tension peuvent être divisées entre les transistors empilés 408, 410, 412. Il faut apprécier que plus de trois transistors empilés peuvent être utilisés sans se départir des modes de réalisation de l'invention. De façon identique, l'impédance du commutateur de réception dans l'état OFF 404 peut être améliorée en utilisant la technique de commutation de corps décrite ci-dessus. Plus particulièrement, avec la technique de commutation de corps, le transistor 406 peut être placé dans un état ON, connectant ainsi le corps de substrat 412d du transistor 412 à la masse, et réduisant le trajet de déplacement des signaux pour le courant de fuite de la source 112a au drain 112c. En ce qui concerne les excursions de tension négatives subies sur le port négatif, le commutateur d'antenne RF CMOS peut utiliser des composants extérieurs tels que les condensateurs 418, 420 pour réduire le courant de fuite en empêchant la formation en canal d'un transistor (par exemple, les transistors 408, 412) dans l'état OFF. L'utilisation de ces composants extérieurs tels que les condensateurs 418, 420 pour réduire les courants de fuite dans le commutateur de réception dans l'état OFF 404 est maintenant décrite de façon plus détaillée par rapport aux figures 5 et 6. La figure 5 illustre un modèle localisé équivalent d'une structure à empilages multiples du commutateur de réception 404 de la figure 4B, selon un exemple de mode de réalisation de l'invention. Sur la figure 5, le modèle localisé équivalent est prévu pour les transistors 408, 410, 412 dans un état OFF, le transistor 406 étant dans un état ON. Ainsi que cela est illustré sur la figure 5, le modèle localisé équivalent pour le transistor 408a comprend les condensateurs 502a, 504a, 506a, et la diode de jonction p-n 508a. Le modèle localisé équivalent pour le transistor 410 comprend les condensateurs 502b, 504b, 506b, et la diode de jonction p-n 508b. De façon identique, le modèle localisé équivalent pour le transistor 412 comprend les condensateurs 502c, 504c, 506c, 510, et les diodes de jonction p-n 508, 512. Il faut apprécier que les capacitances pour les condensateurs 502a-c, 504a-c, et 506a-c pour les transistors dans l'état OFF 408, 410, 412 peuvent varier selon l'excursion de tension appliquée, selon un exemple de mode de réalisation de l'invention. En outre, sans l'utilisation des composants extérieurs tels que les condensateurs 418, 412, il est possible que les transistors dans l'état OFF 408, 410, 412 ne puissent pas rester dans l'état OFF pour toutes les excursions de tension au port de l'antenne 400. Au contraire, quand un signal de puissance élevée est délivré du commutateur Tx 402 au port de l'antenne 400, les commutateurs dans les transistors dans l'état OFF 408, 410, 412 peuvent subir une grande excursion de tension au port de l'antenne 400. Dans cette situation, les transistors dans l'état OFF 408, 410, 412 peuvent être activés, un courant de fuite indésirable pouvant ainsi commencer à s'écouler dans le commutateur de réception 404. Ce courant de fuite indésirable peut détériorer les performances du signal de transmission et détruire les LNA et les mélangeurs dans le bloc du récepteur (Rx). Cependant, ainsi que cela est décrit de façon plus détaillée ci-dessous par rapport à la figure 6, l'utilisation des composants extérieurs tels que les condensateurs 418, 420 peut empêcher plusieurs des transistors dans l'état OFF 408, 410, 412 de passer à l'état ON. La figure 6 illustre un circuit équivalent sur un transistor CMOS dans l'état OFF 600 tel que le transistor dans l'état OFF 408, 410, selon un exemple de mode de réalisation de l'invention. Le transistor CMOS dans l'état OFF 600 peut être illustré en utilisant des condensateurs passifs tels que le condensateur grille-drain Cgd 602, le condensateur grille-source Cgs 604, le condensateur corps-source Cbs 606 et le condensateur corps-drain Cbd 608. Selon un mode de réalisation de l'invention, le transistor CMOS dans l'état OFF 600 nécessite une polarisation nulle 614 pour que la grille, le drain, et la source restent dans l'état OFF. Quand une petite excursion de tension du signal 616 est appliquée au drain, la source et drain restent autour d'une polarisation nulle, de telle sorte que le transistor dans l'état OFF 600 ne soit pas activé. Cependant, si une grande excursion de tension du signal 618 est appliquée au drain, le cycle négatif 620 de la grande excursion de tension du signal 618 peut entraîner un potentiel inférieur de tension dans le drain par rapport à la grille, de telle sorte qu'un courant 624 peut s'écouler de la source au drain. Pendant le cycle positif 622 de la grande excursion de tension du signal 618, le potentiel de la grille peut être déterminé sur la base des capacitances du condensateur grille-drain Cad 602 et du condensateur C grille-source Cgs selon Vg =Vd( ga ) Avec un Cga + Cgs potentiel de tension à la grille, un courant 626 peut s'écouler du drain à la source.

Selon les modes de réalisation exemplaires de l'invention, les composants extérieurs tels qu'un ou les deux condensateurs extérieurs 418, 420 peuvent être utilisés pour empêcher des courants indésirables 624, 626 pendant le cycle négatif 620 et le cycle positif 622 respectifs des particulier, selonexcursions de tension. En un mode de réalisation de l'invention, un composant extérieur tel que le condensateur extérieur 420 peut être connecté entre la grille et le drain de telle sorte que le potentiel de grille soit presque le même que le drain de telle sorte que le transistor dans l'état OFF 600 ne s'active pas pendant l'excursion de tension du cycle négatif 620. De façon identique, un composant extérieur tel qu'un condensateur extérieur 418 peut être connecté entre la grille et la source de telle sorte que le potentiel de grille soit presque le même que la source de telle sorte que le transistor dans l'état OFF 600 ne s'active pas pendant le cycle positif de l'excursion de tension. Par conséquent, en utilisant des composants extérieurs tels que les condensateurs extérieurs 418, 420, le commutateur de réception 404 selon un mode de réalisation de l'invention peut résoudre cette demande conflictuelle pour les cycles négatif 620 et positif 622 de l'excursion de tension dans le drain provenant du port de l'antenne 400.

En résumé, le commutateur de réception 404 dans l'état OFF peut comprendre des transistors empilés 408, 410, 412 pour diviser la charge de tension de chaque transistor pour les grandes excursions de tension au port de l'antenne 400. De plus, le commutateur de réception dans l'état OFF 404 peut utiliser une technique de commutation de corps 406 pour le transistor empilé 412 afin d'optimiser l'impédance dans l'état OFF et réduire les courants de fuite. Enfin, des composants extérieurs tels que les condensateurs extérieurs 418, 420 peuvent être ajoutés entre la source et la grille ou le drain et la grille pour empêcher les dispositifs dans l'état OFF du commutateur de réception 404 de passer à l'état ON pendant une excursion de tension négative ou positive au port de l'antenne 400. B. Mode de réception La figure 4C illustre un circuit équivalent du commutateur de réception 404 dans un état OFF (par exemple, désactivation, blocage, etc.), selon un exemple de mode de réalisation de l'invention. Sur la figure 4C, le commutateur de réception 404 peut être placé dans la position ON afin que le bloc de réception (RX) reçoive un signal provenant de l'antenne 400. Avec le commutateur de réception 404 dans l'état ON, le commutateur d'émission 402 peut être placé dans l'état OFF (par exemple, désactivé, blocage) pour isoler le commutateur d'émission 402 du commutateur de réception 404. Ainsi que cela est illustré sur la figure 4C, quand le commutateur de réception 404 est dans un état ON, le transistor empilé 406 peut être placé dans un état OFF 416, fournissant ainsi une résistance équivalente entre le corps de substrat 112d du transistor 412 et la masse (c'est-à-dire le corps flottant). De la sorte, la perte d'insertion sur le trajet de réception (Rx) provenant de l'antenne 400 au bloc RX peut être minimisée. C. Variations des capacitances / impédances La figure 7 illustre la variation de la capacitance globale dans la structure à empilages multiples quand la puissance d'entrée augmente dans le port de drain. Les valeurs du condensateur passif (par exemple, Cgd 602, Cgs 604, Cbs 606 et Cbd 608) peuvent varier selon qu'un transistor est dans l'état ON ou dans l'état OFF. Si un transistor dans l'état OFF dans un commutateur de réception commence à passer à l'état ON par une grande excursion de tension fournie au drain, alors la valeur de capacitance globale du transistor dans l'état OFF peut augmenter en conséquence. Ainsi que cela est illustré par la capacitance 702 sur la figure 7, un commutateur de réception utilisant seulement la commutation de corps (par exemple, la figure 1B), mais pas les composants extérieurs tels que les condensateurs 418, 420 sur la figure 4B, peut entraîner une capacitance élevée 702 dans le commutateur de réception à une puissance d'entrée élevée. La capacitance élevée 702 peut indiquer que des transistors dans l'état OFF dans le commutateur de réception passent par inadvertance dans l'état ON. Au contraire, en utilisant la commutation de corps et les composants extérieurs tels que les condensateurs 418, 420 selon la figure 4B, une capacitance réduite 704 peut être obtenue même pour une puissance d'entrée élevée. Par conséquent, la capacitance réduite 704 à une puissance d'entrée élevée signifie que les transistors dans l'état OFF restent OFF même pour une puissance d'entrée élevée. Par conséquent, un commutateur de réception à empilages multiples dans l'état OFF utilisant à la fois une technique de commutation de corps et des composants extérieurs peut être plus stable qu'un commutateur de réception à empilages multiples dans l'état OFF utilisant seulement une technique de commutation de corps. La figure 8A et la figure 8B illustrent les différences d'impédance dans l'état OFF entre un commutateur de réception à empilages multiples utilisant une technique de commutation de corps et un commutateur de réception utilisant à la fois les techniques de commutation de corps et les composants extérieurs tels que les condensateurs 418, 420. La variation de l'impédance de l'état OFF d'un commutateur de transistor d'un commutateur de réception dans l'état OFF peut dépendre de la fréquence opérationnelle comme le niveau de puissance d'entrée. En particulier, la fréquence opérationnelle peut varier l'impédance des condensateurs passifs (par exemple, les condensateurs passifs 602, 604, 608, 610) du transistor dans l'état OFF. La variation de l'impédance dans l'état OFF d'un commutateur de réception peut affecter la capacité de traitement de puissance et les performances harmoniques sur le commutateur Tx. La figure 8A illustre les impédances dans l'état OFF sur la base d'une simulation de petit signal réalisée en balayant les fréquences avec une puissance d'entrée fixée. Ainsi que cela est illustré sur la figure 8, pour une simulation de petit signal, l'impédance 802 pour un commutateur de réception utilisant seulement une technique de commutation de corps peut être similaire à l'impédance 804 pour un commutateur de réception utilisant à la fois la technique de commutation de corps. Cependant, les impédances dans l'état OFF peuvent être différentes pour une simulation de grand signal balayant les puissances d'entrée à une fréquence fixée. En particulier, ainsi que cela est illustré sur la figure 8B, l'impédance 806 d'un commutateur de réception dans l'état OFF utilisant seulement la commutation de corps peut être inférieure à une puissance d'entrée supérieure à l'impédance 808 d'un commutateur de réception dans l'état OFF utilisant la commutation de corps et les composants extérieurs. Par conséquent, le commutateur de réception utilisant la commutation de corps et les composants extérieurs peut comprendre une capacité de traitement de puissance supérieure et de meilleures performances harmoniques. III. Résultats de simulation La figure 9 illustre les résultats de simulation pour les courants de fuite dans des commutateurs de réception à bandes multiples (par exemple, 900 MHz, 1,9 GHz, 2,1 GHz) selon un exemple de mode de réalisation de l'invention. Ainsi que cela est illustré sur la figure 9, le courant de fuite 902 d'un commutateur de réception à empilages multiples utilisant seulement la commutation de corps peut être significativement supérieure au courant de fuite 904 d'un commutateur de réception à empilages multiples utilisant à la fois la commutation de corps et les composants extérieurs. La figure 10 illustre les résultats de simulation pour les capacités de traitement de puissance pour les commutateurs d'émission à bandes multiples selon un exemple de mode de réalisation de l'invention. Ainsi que cela est illustré sur la figure 10, la capacité de traitement de puissance 1002 pour un commutateur de réception à empilages multiples utilisant seulement la commutation de corps peut être significativement pire pour des puissances d'entrée supérieure que la capacité de traitement de puissance 1004 pour un commutateur de réception à empilages multiples utilisant à la fois les commutations de corps et les composants extérieurs.

La figure 11 illustre les résultats de simulation pour les performances de deuxième harmonique pour les commutateurs d'émission à bandes multiples selon un exemple de mode de réalisation de l'invention. Ainsi que cela est illustré sur la figure 11, les performances de deuxième harmonique 1102 pour un commutateur de réception à empilages multiples utilisant seulement la commutation de corps peuvent être pires que les performances de deuxième harmonique 1104 pour un commutateur de réception à empilages multiples utilisant à la fois la commutation de corps et les composants extérieurs. La figure 12 illustre les résultats de simulation pour les performances de troisième harmonique pour les commutateurs d'émission à bandes multiples selon un exemple de mode de réalisation de l'invention. Ainsi que cela est illustré sur la figure 12, les performances de troisième harmonique 1102 pour un commutateur de réception à empilages multiples utilisant seulement la commutation de corps peuvent être pires que les performances de troisième harmonique 1104 pour un commutateur de réception à empilages multiples utilisant à la fois la commutation de corps et les composants extérieurs. De nombreuses modifications et d'autres modes de réalisation de l'invention présentés ici apparaîtront aux hommes du métier que ces inventions concernent tirant bénéfice des enseignements présentés dans la description qui précède et dans les dessins associés. Par conséquent , il faut comprendre que l'invention ne doit pas être limitée aux modes de réalisation particuliers décrits et que des modifications et d'autres modes de réalisation sont conçus pour être inclus dans la portée des revendications jointes. Bien que des termes spécifiques soient employés ici, ils sont utilisés dans un sens général et descriptif seulement et pas à des fins de limitation.

Claims

REVENDICATIONS

1. Commutateur d'antenne CMOS, comprenant : une antenne opérationnelle à une pluralité de bandes de radiofréquence (RF) ; un commutateur d'émission en communication avec l'antenne ; un commutateur de réception en communication avec l'antenne, dans lequel le commutateur de réception comprend une pluralité de transistors ; un premier composant extérieur prévu pour un premier transistor de la pluralité de transistors, dans lequel le premier transistor comprend une première source et une première grille, et dans lequel le premier composant extérieur raccorde la première source et la première grille ; et un second composant extérieur prévu pour un second transistor de la pluralité de transistors, dans lequel le second transistor comprend une seconde grille, un second drain, et un second corps de substrat, dans lequel le second composant extérieur raccorde la seconde grille et le second drain, et dans lequel le second corps de substrat est sélectivement raccordable entre une résistance et la masse.

2. Commutateur d'antenne selon la revendication 1, dans lequel au moins l'un du premier composant 25 extérieur et du second composant est un condensateur.

3. Commutateur d'antenne selon la revendication 1, comprenant également un commutateur du corps de substrat pour raccorder sélectivement le second corps de substrat du second transistor entre une résistance et la masse.

4. Commutateur d'antenne selon la revendication 3, dans lequel pendant un mode de transmission (Tx), le commutateur d'émission est activé, le commutateur de réception est désactivé, et le commutateur du corps de substrat est activé pour connecter le second corps de substrat à la masse, réduisant ainsi le courant de fuite vers un bloc récepteur (Rx) associé au commutateur de réception.

5. Commutateur d'antenne selon la revendication 3, dans lequel le commutateur du corps de substrat est utilisé dans un premier état pour raccorder électriquement le second corps de substrat à la masse, et dans lequel ensuite le commutateur du corps de substrat est utilisé dans un second état différent du premier état pour fournir la résistance entre le second corps de substrat et la masse.

6. Commutateur d'antenne selon la revendication 3, dans lequel le commutateur du corps de substrat comprend un troisième transistor ayant une troisième source et un troisième drain, dans lequel la troisième source est raccordée électriquement au second corps de substrat du second transistor et le troisième drain est raccordé électriquement à la masse.

7. Commutateur d'antenne selon la revendication 1, 30 dans lequel pendant un mode de réception (Rx), le commutateur d'émission est désactivé, le commutateur deréception est activé, et le commutateur du corps de substrat est désactivé pour fournir la résistance entre le second corps de substrat et la masse.

8. Commutateur d'antenne selon la revendication 7, dans lequel le second transistor comprend une seconde source, dans lequel un circuit équivalent du second transistor quand le commutateur de réception comprend une connexion de condensateur drain-corps et une connexion de condensateur corps-source, et dans lequel pendant que le commutateur de réception est activé, au moins une partie d'un trajet de signal pour un signal de réception provenant de l'antenne est formée par la connexion de condensateur drain-corps et la connexion de condensateur corps-source.

9. Commutateur d'antenne selon la revendication 1, dans lequel la pluralité de transistors comprend des transistors à semi-conducteur à oxyde de métal complémentaire en cascade ensemble.

10. Commutateur d'antenne selon la revendication 1, dans lequel le premier transistor comprend également un premier drain et un premier corps de substrat, et comprenant également un troisième transistor ayant une troisième source, un troisième drain, et un troisième corps de substrat, dans lequel le premier drain est raccordé à la seconde source et le second drain est raccordé à la troisième source.

11. Procédé pour un commutateur d'antenne CMOS, comprenant : la fourniture d'une antenne opérationnelle à une 30 pluralité de bandes de fréquence radio (RF) ;le raccordement électrique d'un commutateur d'émission et d'un commutateur de réception de l'antenne, dans lequel le commutateur de réception comprend une pluralité de transistors ; la fourniture d'un premier composant extérieur pour un premier transistor de la pluralité de transistors, dans lequel le premier transistor comprend une première source et une première grille, et dans lequel le premier composant extérieur raccorde la première source et la première grille ; la fourniture d'un second composant extérieur pour un second transistor de la pluralité de transistors, dans lequel le second transistor comprend une seconde grille, un second drain, et un second corps de substrat, dans lequel le second composant extérieur raccorde la seconde grille et le second drain, et dans lequel le second corps de substrat est raccordable sélectivement entre une résistance et la masse.

12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel la fourniture du premier composant extérieur et du second composant extérieur comprend la fourniture d'au moins un condensateur pour le premier composant extérieur ou le second composant extérieur.

13. Procédé selon la revendication 11, comprenant 25 également : la fourniture d'un commutateur du corps de substrat pour raccorder sélectivement le second corps de substrat entre la résistance et la masse.

14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel 30 pendant un mode de transmission (Tx), le commutateur d'émission est activé, le commutateur de réception estdésactivé, et le commutateur du corps de substrat est activé pour connecter le second corps de substrat à la masse, réduisant ainsi le courant de fuite vers un bloc récepteur (Rx) associé avec le commutateur de réception.

15. Procédé selon la revendication 13, dans lequel le commutateur du corps de substrat est utilisé dans un premier état pour raccorder électriquement le second corps de substrat à la masse, et dans lequel ensuite le commutateur du corps de substrat est utilisé dans un second état différent du premier état pour fournir la résistance entre le second corps de substrat et la masse.

16. Procédé selon la revendication 13, dans lequel le commutateur du corps de substrat comprend un troisième transistor ayant une troisième source et un troisième drain, dans lequel la troisième source est raccordée électriquement au second corps de substrat du second transistor et le troisième drain est raccordé électriquement à la masse.

17. Procédé selon la revendication 11, dans lequel pendant un mode de réception (Rx), le commutateur d'émission est désactivé, le commutateur de réception est activé, et le commutateur du corps de substrat est désactivé pour fournir la résistance entre le second corps de substrat et la masse.

18. Procédé selon la revendication 17, dans lequel le second transistor comprend une seconde source, dans lequel un circuit équivalent du second transistor quand le commutateur de réception comprend une connexion de condensateur drain-corps et une connexion decondensateur corps-source, et dans lequel pendant que le commutateur de réception est activé, au moins une partie d'un trajet de signal pour un signal de réception provenant de l'antenne est formée par la connexion de condensateur drain-corps et la connexion de condensateur corps-source.

19. Procédé selon la revendication 11, dans lequel la pluralité de transistors comprend des transistors à semi-conducteur à oxyde de métal complémentaire en cascade ensemble.

20. Procédé selon la revendication 11, dans lequel le premier transistor comprend également un premier drain et un premier corps de substrat, et comprend également un troisième transistor ayant une troisième source, un troisième drain, et un troisième corps de substrat, dans lequel le premier drain est raccordé à la seconde source et le second drain est raccordé à la troisième source.

21. Commutateur d'antenne CMOS, comprenant : 20 une antenne opérationnelle à une pluralité de bandes de radiofréquence (RF) ; un commutateur d'émission en communication avec l'antenne ; un commutateur de réception en communication avec 25 l'antenne, dans lequel le commutateur de réception comprend une pluralité de transistors, comprenant un premier transistor ayant une première source et une première grille, et un second transistor ayant une seconde grille, un second drain, et un second corps de 30 substrat ;un moyen pour raccorder électriquement la première source et la première grille ; un moyen pour raccorder électriquement la seconde grille et le second drain ; un moyen pour raccorder sélectivement le second corps de substrat entre une résistance et la masse.