Rf開關(guān)電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于將天線耦合至RF收發(fā)機(jī)的射頻(RF)開關(guān)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]RF天線開關(guān)典型地用于將RF收發(fā)機(jī)與天線相連。RF收發(fā)機(jī)典型地可以具有用于發(fā)送輸出RF信號(hào)的功率放大器(PA)和用于接收RF輸入信號(hào)的低噪放大器(LNA)。常見的RF開關(guān)拓?fù)涫菃蔚峨p擲(STOT)，SPDT是具有三個(gè)RF端口的電路結(jié)構(gòu)。例如，SPDT RF開關(guān)可以在發(fā)送模式下用在無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)前端中，以將PA輸出與天線相連而斷開LNA。在接收模式下，SPDT RF開關(guān)典型地將天線與LNA輸入相連而斷開PA。其他天線開關(guān)電路例如可以用于將蜂窩或藍(lán)牙收發(fā)機(jī)與天線相連。RF天線開關(guān)結(jié)構(gòu)典型地在與封裝在模塊中的收發(fā)機(jī)分立的管芯上。
[0003]如圖1所示，可以使用單一 MOSFET 10來(lái)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的開關(guān)100?？梢岳秒妷篤in從RF源驅(qū)動(dòng)RF輸入16，RF源具有通常為50 Ω的源阻抗Rs。輸出端子14可以與RF負(fù)載相連，RF負(fù)載具有通常為50 Ω的負(fù)載阻抗R1。輸出端子14處的電壓電平可以由Vout表示。典型地，僅η型FET用于RF開關(guān)，因?yàn)棣切虵ET比ρ型FET具有更高迀移率載流子，從而在漏極和源極之間產(chǎn)生更低的接通電阻Rds-on，這產(chǎn)生更低的插入損耗。插入損耗是當(dāng)接通開關(guān)時(shí)，即，當(dāng)MOSFET開關(guān)具有導(dǎo)電溝道時(shí)，從輸入16至輸出14傳播經(jīng)過(guò)開關(guān)的信號(hào)的衰減或功率損耗。當(dāng)關(guān)斷開關(guān)時(shí)，由于從MOS晶體管10的漏極至源極的非零電容Cds-off，仍然存在從輸入16至輸出14的信號(hào)泄漏:在這種情況下，Vout與Vin的比值是泄漏的度量，因此開關(guān)隔離。開關(guān)的尺寸表示在插入損耗與開關(guān)隔離之間的權(quán)衡，被并入到定義為Rds-on與Cds-off之積的品質(zhì)因數(shù)中。
[0004]如圖1所示，可以添加電阻器Rg和Rb來(lái)分別自舉(bootstrap)MOSFET 10的柵極端子和體(body)端子。因此，這些端子將平均源極和漏極上的RF信號(hào)。在源極和漏極上的RF信號(hào)幾乎相等的導(dǎo)通狀態(tài)下，自舉電阻器可以抵消漏極源極與柵極/體之間的各種寄生電容的效應(yīng)，這可以得到改善的帶寬和線性度。Rg和Rb的典型值大于IkQ。在操作中，體電阻器Rb可以連接到0V，可以經(jīng)由源電阻Rs和負(fù)載電阻RL在OV處偏置漏極和源極端子。例如，對(duì)于具有2.5V電源的CMOS電路，可以通過(guò)經(jīng)由控制輸入18向開關(guān)施加?xùn)艠O電壓Vgate來(lái)接通開關(guān)，其中柵極電壓Vgate為2.5V?？梢杂肙V的Vgate來(lái)關(guān)斷開關(guān)，但僅僅是微弱地關(guān)斷，因?yàn)樵礃O和漏極之間是二極管或閾值電壓兩倍的RF擺動(dòng)將會(huì)開始接通M0SFET，從而降低信號(hào)隔離，進(jìn)而增加信號(hào)損耗。
[0005]圖2示出了利用電源工作的已知MOSFET開關(guān)200的示例，所述電源可以是例如2.5V。將RF信號(hào)的偏置電平設(shè)置為OV?？梢酝ㄟ^(guò)向開關(guān)施加2.5V的柵極電壓Vgate來(lái)接通開關(guān)。
[0006]為了改善開關(guān)隔離，可以如圖2所示包含電荷栗22。電荷栗22可以連接在控制輸入18與柵極自舉電阻器Rg之間。電荷栗可以在控制端子18上的輸入為2.5V時(shí)輸出2.5V電壓，還可以在控制輸入為OV時(shí)產(chǎn)生-2.5V電壓，這可以用于使晶體管10截止。電荷栗22的第二輸出可以向體電阻器Rb提供-2.5V電壓。這種布置改善了開關(guān)的關(guān)斷狀態(tài)，但是以額外電路為代價(jià)。
[0007]圖3示出了利用2.5V電源工作的已知MOSFET開關(guān)300的示例。在MOSFET 10的漏極與提供給端子24的2.5V偏置源電壓之間布置偏置電阻器R1。在MOSFET 10的源極與提供給端子26的2.5V源電壓之間布置偏置電阻器R2?？梢栽谳斎肱cMOSFET的漏極之間布置去耦電容器Cl。可以在MOSFET的源極與輸出之間布置去耦電容器C2。在這種布置中，輸入和輸出與晶體管10去耦合，允許不同偏置點(diǎn)。為了導(dǎo)通晶體管10，控制電壓Vgate必須為至少2.5V加上閾值電壓。由于該電壓大于典型電源電壓，在控制輸入18與柵極之間耦合電荷栗28以提供典型為5V的導(dǎo)通電壓和OV的截止電壓。在這種偏置布置下，2.5V電壓將微弱地關(guān)斷開關(guān)，OV電壓將會(huì)是更強(qiáng)的關(guān)斷狀態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]所附權(quán)利要求限定了本發(fā)明的多個(gè)方面。
[0009]在第一方面，限定了一種RF開關(guān)電路，用于將天線與RF電路耦合，所述RF開關(guān)電路具有第一操作模式和第二操作模式，并且所述RF開關(guān)電路包括:開關(guān)，布置為可切換地將RF信號(hào)輸入耦合到RF信號(hào)輸出，所述開關(guān)包括具有第一端子、第二端子和控制端子的第一晶體管；偏置交換電路，具有與第一端子和第二端子耦合的偏置電壓輸出；其中，所述偏置交換電路可操作為響應(yīng)于RF開關(guān)電路的操作模式的改變，在第一偏置電壓值和第二偏置電壓值之間切換偏置電壓輸出。
[0010]通過(guò)在RF開關(guān)電路改變時(shí)切換晶體管的第一端子和第二端子上的偏置電壓值，可以改善RF開關(guān)的性能，因?yàn)殚_關(guān)可以被更強(qiáng)地接通或關(guān)斷。此外，在RF開關(guān)電路模式改變時(shí)切換偏置電壓，這意味著可以使用其他電路所需的電源電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)改善的性能。因此，可以改善RF開關(guān)性能，而無(wú)需附加的電荷栗電路產(chǎn)生在正常電源電壓范圍之外的電壓電平。
[0011]RF開關(guān)電路的實(shí)施例還可以具有模式控制器，所述模式控制器耦合至偏置交換電路和控制端子，并且可操作為在第一操作模式和第二操作模式之間切換RF開關(guān)電路。
[0012]模式控制器可以控制RF開關(guān)或包括RF開關(guān)的設(shè)備在哪個(gè)模式下操作。例如，模式控制器可以在發(fā)送操作模式和接收操作模式之間切換。可以使用硬件或硬件與軟件的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)模式控制器。
[0013]在實(shí)施例中，RF開關(guān)電路可以包括:RF信號(hào)功率檢測(cè)器，耦合至RF信號(hào)輸入和RF信號(hào)輸出中的至少一個(gè)以及偏置交換電路，其中偏置交換電路還可操作為響應(yīng)于檢測(cè)到的RF信號(hào)功率的改變，改變偏置電壓輸出上的電壓。
[0014]RF開關(guān)電路可以根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度改變偏置電壓，以在電場(chǎng)強(qiáng)度與開關(guān)被關(guān)斷或接通的強(qiáng)度之間權(quán)衡。根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度改變偏置電壓，這可以減小在開關(guān)期間作用于器件上的應(yīng)力，從而在保持可接受的開關(guān)性能的同時(shí)改善RF開關(guān)電路的壽命。
[0015]在實(shí)施例中，RF開關(guān)電路可以包括:電源檢測(cè)器，耦合至偏置交換電路，其中所述偏置交換電路還可操作為響應(yīng)于檢測(cè)到的電源電壓和/或電源電流的改變，改變偏置電壓輸出上的電壓。
[0016]電池供電的設(shè)備可以具有隨時(shí)間而減小的電源電壓?？梢允褂脵z測(cè)到的電源電壓來(lái)調(diào)節(jié)偏置電壓以改善開關(guān)性能。
[0017]在實(shí)施例中，RF開關(guān)電路可以包括:溫度傳感器，耦合至偏置交換電路，其中所述偏置交換電路還可操作為響應(yīng)于檢測(cè)到的溫度的改變，改變偏置電壓輸出上的電壓。
[0018]包括溫度傳感器的實(shí)施例可以改變偏置電壓以避免在高溫下將RF開關(guān)去偏置的風(fēng)險(xiǎn)。
[0019]RF開關(guān)電路的實(shí)施例可以包括開關(guān)，所述開關(guān)包括與第一晶體管串聯(lián)布置的至少一個(gè)另外的晶體管，所述第一晶體管的控制端子與所述至少一個(gè)另外的晶體管的控制端子耦合，所述偏置交換電路輸出與所述至少一個(gè)另外的晶體管的第一端子和第二端子耦合。
[0020]晶體管的串聯(lián)可以用于通過(guò)劃分電壓應(yīng)力來(lái)處理更大功率信號(hào)。從而可以處理更大功率信號(hào)而不會(huì)在關(guān)斷狀態(tài)下出現(xiàn)開關(guān)擊穿或?qū)ā?br>[0021]實(shí)施例可以包括與每個(gè)晶體管控制端子耦合的自舉元件。自舉元件可以是電阻器和電感器。電阻器和電感器均能夠在適當(dāng)自舉所需的RF頻率下提供高阻抗。電感器還可以在低頻率下提供低阻抗。
[0022]在實(shí)施例中，RF開關(guān)包括:第一去親電容器，布置在RF信號(hào)輸入與開關(guān)之間；以及第二去親電容器，布置在RF信號(hào)輸出與開關(guān)之間。去親電容器允許獨(dú)立于信號(hào)輸入和輸出處的偏置電平來(lái)設(shè)置開關(guān)電路的偏置。
[0023]在實(shí)施例中，RF開關(guān)可以包括:分路晶體管，耦合到RF信號(hào)輸入。在至輸入的信號(hào)路徑被關(guān)斷時(shí)，可以將分路晶體管導(dǎo)通。分路晶體管可以通過(guò)分路將關(guān)斷的信號(hào)路徑饋通到接地的任何信號(hào)，來(lái)保護(hù)RF信號(hào)晶體管。
[0024]在實(shí)施例中，RF開關(guān)電路還可以包括RF輸入端子、RF輸出端子和天線端子，其中，所述偏置交換電路還包括第二偏置電壓輸出；所述開關(guān)還包括具有第一端子