單刀單擲射頻開關及其構成的單刀雙擲射頻開關和單刀多擲射頻開關的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及集成電路領域，特別是涉及一種單刀單擲射頻開關。本發明還涉及由所述單刀單擲射頻開關構成的一種單刀雙擲射頻開關和一種單刀多擲射頻開關。
【背景技術】
[0002]隨著現代通信技術的深入發展通信設備正在向小型化和低能耗發展，這就要求通信設備內的每個組件都采用小型化設計，盡量控制器其尺寸、重量和厚度，同時也要盡量減少組件數量及組件功率消耗。
[0003]射頻信號輸入輸出模塊主要可實現對接收射頻信號的低噪聲放大和發射射頻信號的功率推動等功能，是射頻通信設備中不可或缺的組成部分，其中，單刀單擲開關和單刀多擲開關用以實現射頻信號的信號流向控制等作用。在目前的微波通訊系統中，功率開關通常采用幾種形式:(I)采用分立的硅材料的PIN 二極管，采用混合電路的方式實現，其缺點是體積大，工作頻率窄且控制電路復雜。(2)采用砷化鎵(GaAs)贗配高電子迀移率晶體管(pHEMT)單片開關，高電子迀移率晶體管開關具有體積小、應用頻帶寬等特點，但是，不易于和其它的射頻電路做單芯片整合。(3)采用MOS器件的開關，有價格優勢，適于和其它部分通信電路做片上集成，缺點是耐壓和耐大功率的能力有限。除此之外，現有的功率開關還急需克服插入損耗大、隔離度不理想、輸入輸出駐波比大和開關響應時間長等缺點，隨著現代通信技術的不斷發展和人們對通信質量要求的日益苛刻，傳統的功率開關已不能滿足實際使用的需求。

【發明內容】

[0004]本發明要解決的技術問題是提供一種與現有單刀單擲射頻開關相比較，提供更高隔離度，更好線性度，產生更少高次諧波的單刀單擲射頻開關。
[0005]本發明要解決的另一技術問題是提供一種具有所述單刀單擲射頻開關的與現有技術相比較在發射模式下能處理更高的通過功率，同時保持良好的線性性能的單刀雙擲射頻開關；以及，具有所述單刀雙擲射頻開關的一種單刀多擲射頻開關。
[0006]為解決上述技術問題本發明提供的第一種單刀單擲射頻開關，包括:
[0007]半導體開關器件T，其第一端通過第一電容Cl連接該單刀單擲射頻開關第一端口Pl并通過第一電阻Rl連接第一狀態控制信號輸入端SI，其第二端通過第二電阻R2連接第二狀態控制信號輸入端S2，其第三端通過第四電阻R4接地，并通過串聯的第一二極管Dl、第二二極管D2和第五電阻R5接地，其第四端通過第二電容C2連接該單刀單擲射頻開關第二端口 P2并通過第三電阻R3連接第三狀態控制信號輸入端S3 ;
[0008]其中，第六電阻R6 —端連接于第一二極管Dl和第二二極管D2之間，第六電阻R6另一端接電源電壓VDD，第一二極管Dl負極連接第二二極管(D2)負極；
[0009]第一電感LI跨接于第一電容Cl、半導體開關器件T和第二電容C2所組成串聯電路的兩端。
[0010]本發明提供的第二種單刀單擲射頻開關在第一種單刀單擲射頻開關的基礎上，還包括跨接于半導體開關器件T第一端和第二端的二電感L2 ;即第二電感L2 —端跨接在第一電容C1和半導體開關器件τ之間，第二電感L2另一端跨接在半導體開關器件T和第二電容C2之間。
[0011]其中，第二種單刀單擲射頻開關工作時，第一電感LI在該射頻開關關斷狀態時參與并聯諧振，第二電感L2在該射頻開關導通狀態時參與阻抗變換。
[0012]其中，所述半導體開關器件T為:PM0S、NMOS, HEMT或LDM0S。以NMOS為例，第一端是源極也可以是漏極，第二端是柵極，第三端是襯底，第四端是漏極也可以是源極。
[0013]本發明提供的單刀雙擲射頻開關，包括:
[0014]—發射臂，其第一端連接該單刀雙擲射頻開關的天線端P4，其第二端連接該單刀雙擲射頻開關的發射端P5 ;
[0015]一接收臂，其第一端連接該單刀雙擲射頻開關的接收端P3，其第二端連接該單刀雙擲射頻開關的天線端P4 ;
[0016]所述發射臂包括:本發明提供的第一種單刀單擲射頻開關，該單刀單擲射頻開關第一端口 Pl作為該發射臂的第一端，該單刀單擲射頻開關第二端口 P2作為該發射臂的第
_-上山一棲;
[0017]所述接收臂包括:本發明提供的第二種單刀單擲射頻開關，該單刀單擲射頻開關第一端口 Pl通過第三電容C3連接低噪聲放大器B，低噪聲放大器B的輸出端作為接收臂的第一端，該單刀單擲射頻開關第二端口 P2作為接收臂的第二端；
[0018]其中，接收臂的第三電容C3和單刀單擲射頻開關之間具有ESD器件接入點E，發射臂的第二端具有ESD器件接入點E，該單刀雙擲射頻開關的天線端P4具有ESD器件接入點E，上述各ESD接入點E其中任一處連接有ESD保護器件。
[0019]其中，所述ESD保護器件是ESD 二極管、ESD三極管或接地電感。
[0020]進一步優化所述單刀雙擲射頻開關，還包括并聯開關SW，并聯開關SW —端連接在接收臂低噪聲放大器B和第三電容C3之間，另一端接地。并聯開關SW實現的可用半導體開關器件為:PM0S、NMOS、HEMT 或 LDMOS。
[0021]本發明提供的單刀多擲射頻開關，包括:
[0022]至少兩個所述接收臂和一個所述發射臂；
[0023]每個接收臂的第一端連接該單刀多擲射頻開關的接收端P3，每個接收臂的第二端連接該單刀多擲射頻開關的天線端P4 ；
[0024]每個發射臂的第一端連接該單刀多擲射頻開關的天線端P4，每個發射臂的第二端連接該單刀多擲射頻開關的發射端P5。
[0025]其中，任一接收臂的第三電容C3和單刀單擲射頻開關之間具有ESD器件接入點E，任一發射臂的第二端具有ESD器件接入點E，該單刀多擲射頻開關的天線端P4具有ESD器件接入點E，上述各ESD接入點E其中任一處連接有ESD保護器件。
[0026]其中，所述ESD保護器件是ESD 二極管、ESD三極管或接地電感。
[0027]其中，每個接收臂還包括并聯開關SW，并聯開關SW —端連接在低噪聲放大器B和第三電容C3之間，另一端接地，并聯開關SW為:PM0S、NMOS、HEMT或LDMOS。
[0028]本發明提供的單刀單擲射頻開關，第一端口 Pl和第二端口 P2是開關的輸入和輸出端口，半導體開關器件T作為開關管，控制射頻開關的工作狀態。第一電容Cl和第二電容C2是在收發狀態時參與并聯諧振的耦合電容。第一電感LI是在射頻開關關斷狀態時參與并聯諧振的電感，它跨接在兩個耦合電容與開關管串聯電路的兩端。第二電感L2是在射頻開關導通狀態時參與阻抗變換的電感，它跨接在開關管的兩端。R1、R2和R3是開關管的偏置電阻，由邏輯信號控制工作狀態，同時對射頻信號進行隔離；R4、R5和R6提供晶體管襯底正確的偏置。
[0029]發明結構工作原理:當SWlEN置為高電平，SWlENB置為低電平，開關管T關斷，呈現出較小的關斷電容Coff。第二電感L2和Coff并聯，根據不同情況的取值，在工作頻段內呈現為不同電抗值。它們再和第一電感LI并聯，可以起到增加或減小總電感值的調節作用。此時單刀單擲射頻開關處于導通狀態，等效電路如圖3所示。
[0030]當SWlEN置為低電平，SWlENB置為高電平，開關管T導通，呈現很小的導通電阻Ron，將第二電感L2短路，使之在當前狀態下不起作用。同時導通的開關管T也將耦合電容第一電容Cl和第二電容C2短路成為串聯連接，它們和電感第一電感LI形成并聯諧振電路，使端口 Pl和P2之間被高阻抗隔離。單刀單擲射頻開關處于高隔離度的關斷狀態，等效電路如圖4所示。
[0031]由此可見，在發明結構中，半導體開關器件T的工作狀態和控制邏輯，與整個射頻開關的工作狀態是相反的，這有利于收發射頻開關的設計。
[0032]發明結構在第一電感LI和第二電感L2取值上有了更高的自由度。一般情況，第一電感LI的選取可以傾向于在發射狀態時具有更好的接收臂隔離度；在第一電感LI取定后，根據低噪聲放大器B需要的阻抗變換電感，由第二電感L2調整圖3的呈現阻抗，可分為如下三種情況:
[0033]I)根據隔離度需要，如果第一電感LI選擇了比較大的值，而在接收模式下，低噪聲放大器B并不需要這么大的電感，那么可以將第二電感L2與Coff的諧振頻率設計高于工作頻段，這兩者對于工作頻段等效為一個較大的電感。和第一電感LI并聯后，總有效電感值就可以被降低。
[0034]2)如果選取的第一電感LI的電感值比低噪聲放大器B所需的阻抗匹配的電感值小，那么可以將第二電感L2與Coff的諧振頻率設計低于工作頻段，它們在工作頻段內等效為一個電容。這個等效電容和第一電感LI并聯，等效于增加了總電感。
[0035]3)如果選取的第一電感LI的電感值即低噪聲放大器B所需的阻抗匹配的電感值，可以將第二電感L2與Coff的諧振頻率設計在工作頻段上，它們等效為一個開路或較大的漏電電阻，僅使第一電感LI在電路中起作用。
[0036]這樣在各種設計情形下，發明結構的單刀單擲射頻開關既是開關，也是低噪聲放大器B匹配電路的一部分。第一電感LI和第二電感L2又可以獨立選取，使射頻開關分別工作于接收模式和發射模式的最佳狀態。
[0037]發明結構中的耦合電容Cl和C2被設計為開關管T導通時與第一電感LI并聯諧振，因此可以使用比現有結構的隔直電容更小的電容值，因此進一步減少芯片使用面積。
[0038]將本發明的單刀單擲射頻開關作為單刀多擲射頻開關的接收臂，可以由m個接收臂和η個發射臂組成(m多2，η多I)。由于單刀多擲射頻開關中各個發射和接收臂都有橫跨開關管與耦合電容的電感，因此對于直流和低頻相當于多點短路，而這些點正是各自單獨結構中ESD需要考慮的地方，在本發明的單刀多擲射頻開關的開關中只要有一個ESD接入點放置帶有ESD功能的器件，則整個電路都有ESD防護功能。
【附圖說明】
[0039]下面結合附圖與【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明:
[0040]圖1是本發明第一種單刀單擲射頻開關一實施例的結