專利名稱：天線開(kāi)關(guān)系統(tǒng)、方法、及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一種天線開(kāi)關(guān)，以及具體;也，涉及CMOS(互 補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體)天線開(kāi)關(guān)。
背景技術(shù)：
在過(guò)去的十年中，無(wú)線通信產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了極為迅速地發(fā)展，也加 快了集成電路(IC)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。具體地，在IC產(chǎn)業(yè)中，如低噪 聲放大器(LNA)、混頻器、以及壓控振蕩器(VCO)的許多移動(dòng) 應(yīng)用系統(tǒng)已經(jīng);故集成到CMOS4支術(shù)中。兩種重要的移動(dòng)應(yīng)用部件功 率放大器(PA)和射頻開(kāi)關(guān)還沒(méi)有在商業(yè)上集成到CMOS技術(shù)中。
然而，IC產(chǎn)業(yè)研究快速;也移向集入CMOS 4支術(shù)中的功率》文大 器。例如，目前研究表明，CMOS功率》文大器可4亍且能夠?yàn)橐苿?dòng)通 信提供可能高達(dá)2W的顯著功率。因此，當(dāng)功率放大器被集成在 CMOS技術(shù)中時(shí)，將存在對(duì)集入CMOS技術(shù)中的RF開(kāi)關(guān)的需求。
然而，目前CMOS技術(shù)在RF開(kāi)關(guān)的應(yīng)用上出現(xiàn)了4艮多困難。
結(jié)造成的〗氐擊穿電壓的CMOS材并牛特性4吏CMOS纟支術(shù)不能用于需 要多波段工作、高功率電平、和/或與其它裝置和電路集成的RF開(kāi) 關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例可4是供CMOS RF開(kāi)關(guān)，其可稱為CMOS SPDT 開(kāi)關(guān)。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，盡管在不背離本發(fā)明實(shí)施例的情況下可 使用其它工藝，CMOS RF開(kāi)關(guān)可使用標(biāo)準(zhǔn)0.18 um工藝制造。為了 提供CMOS RF開(kāi)關(guān)的多波段工作(例如，大約900 MHz、 1.9 GHz 和2.1 GHz)的高功率控制能力，將具有襯底體(substrate body) 開(kāi)關(guān)的疊層(stack)晶體管應(yīng)用到接收器開(kāi)關(guān)。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例， 在發(fā)送(Tx)模式的CMOSRF開(kāi)關(guān)可向接收器開(kāi)關(guān)提供較高功率 阻斷能力和4交j氐漏電纟危，以及在多波4殳(例如，900MHz、 1.9 GHz 和2.1 GHz)接收(Rx)才莫式下的插入損失。
才艮據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例，4是供了一種CMOS開(kāi)線開(kāi)關(guān)。 CMOS天線開(kāi)關(guān)可包括天線，工作在多個(gè)射頻(RF)波4殳；發(fā)送 開(kāi)關(guān)，與天線進(jìn)行通信；以及接收器開(kāi)關(guān)，與天線進(jìn)行通信，其中， 接收器開(kāi)關(guān)包括多個(gè)晶體管。CMOS天線開(kāi)關(guān)還可包括第一外圍 部件，為多個(gè)晶體管中的第一晶體管配置，其中，第一晶體管包括 第一源極和第一柵極，而其中，第一外圍部件連接第一源極和第一 柵極，以及，第二外圍部件，為多個(gè)晶體管中的第二晶體管配置， 其中，第二晶體管包括第二柵極、第二漏極、以及第二體村底，其 中，第二外圍部件連接第二柵極和第二漏極，而其中，第二體襯底 在電阻和地之間選擇連接。
根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例，提供了一種CMOS天線開(kāi)關(guān) 的方法。該方法可包括配置天線，所述天線工作在多個(gè)射頻(RF) 波段；將發(fā)送開(kāi)關(guān)和接收器開(kāi)關(guān)電連接到天線，其中，接收器開(kāi)關(guān) 包括多個(gè)晶體管，以及為多個(gè)晶體管中的第 一晶體管配置第 一外圍 部件，其中，第一晶體管包括第一源極和第一柵極，而其中，第一 外圍部件連接第一源極和第一柵極。該方法還可包括為所述多個(gè)
晶體管中的第二晶體管配置第二外圍部件，其中，第二晶體管包括
第二柵極、第二漏極、以及第二體襯底，其中，第二外圍部件連接 第二柵極和第二漏極，而其中，第二體襯底在電阻和地之間選擇連接。
才艮據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，才是供了一種CMOS天線開(kāi)關(guān)。該 CMOS天線開(kāi)關(guān)可包括天線，工作在多個(gè)射頻(RF)波段；發(fā)送 開(kāi)關(guān)，與天線進(jìn)行通信；以及接收器開(kāi)關(guān)，與天線進(jìn)行通信；其中， 接收器開(kāi)關(guān)包括多個(gè)晶體管，該多個(gè)晶體管包括具有第 一源極和第 一柵極的第一晶體管，以及具有第二柵極、第二漏極、以及第二體 襯底的第二晶體管。CMOS天線開(kāi)關(guān)還可包括用于電連接第一源極 和第一柵極的裝置、用于電連接第二柵極和第二漏極的裝置、以及
用于將第二體襯底在電阻和地之間選擇性連接的裝置。


上文已經(jīng)以一4殳術(shù)語(yǔ)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，現(xiàn)在將參照附圖來(lái) 進(jìn)行描述，附圖不須按比例繪制，而其中
圖1A、圖1B和圖1C示出了才艮據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的利用 實(shí)例體開(kāi)關(guān)(body switching )技術(shù)的接收器開(kāi)關(guān)的簡(jiǎn)化實(shí)例工作；
圖2A示出了才艮據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的處于OFF狀態(tài)的浮體 晶體管的等效集中模型；
圖2B示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的處于OFF狀態(tài)的體接 地晶體管的等效集中模型；
圖3示 體管的等效集中模型；
圖4A、圖4B和圖4C示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的接收 器開(kāi)關(guān)的簡(jiǎn)化實(shí)例工作；
電容器的外圍部件的接收器開(kāi)關(guān)的疊層結(jié)構(gòu)的等效集中模型；
圖6示出了才艮據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的當(dāng)施加高功率信號(hào)時(shí)處 于OFF狀態(tài)的開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通才幾理；
容作為輸入功率電平的函數(shù)的接收器開(kāi)關(guān)的仿真結(jié)果的實(shí)例； 阻抗的接收器開(kāi)關(guān)仿真結(jié)果的實(shí)例；
阻抗的接收器開(kāi)關(guān)仿真結(jié)果的實(shí)例；
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的根據(jù)流向接收器的漏電 流的接收器開(kāi)關(guān)仿真結(jié)果的實(shí)例；
圖10示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的根據(jù)功率控制能力的 發(fā)送開(kāi)關(guān)仿真結(jié)果的實(shí)例；
圖11示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的根據(jù)第二諧波性能的 發(fā)送開(kāi)關(guān)仿真結(jié)果的實(shí)例；以及
圖12示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的根據(jù)第三諧波性能的 發(fā)送開(kāi)關(guān)仿真結(jié)果的實(shí)例；
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在，將在下文中參照附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行更加完整地描 述，其中，示出了一些而非所有本發(fā)明的實(shí)施例。實(shí)際上，這些發(fā) 明可以以多種不同的形式實(shí)施，并且不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為 <又限于本文所描述 的實(shí)施例，相反，提供這些實(shí)施例以使本公開(kāi)滿足可應(yīng)用的法律要 求。全文中，相同參考標(biāo)記表示相同的元件。
本發(fā)明實(shí)施例可提供CMOS RF天線開(kāi)關(guān)，也可稱為DPDT CMOS開(kāi)關(guān)。沖艮據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的CMOS RF天線開(kāi)關(guān)可才是供多波 段操作、高功率處理、以及與其它裝置和電路的集成中的一個(gè)或多 個(gè)功能。一^1地，CMOS RF天線開(kāi)關(guān)可包括4妄收器開(kāi)關(guān)和發(fā)送開(kāi) 關(guān)(transmit switch )。 4妄收器開(kāi)關(guān)可利用在多疊層(multi-stack)結(jié) 構(gòu)中的一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)襯底體和外圍部件(諸如在漏4冊(cè)和源-柵之 間的電容器)，這將在下文中進(jìn)一步詳細(xì)描述。另外，發(fā)送開(kāi)關(guān)可 利用襯底體調(diào)整(tune)技術(shù)，這也將在下文中進(jìn)一步詳細(xì)描述。
I. CMOSRF天線開(kāi)關(guān)的第一實(shí)施例
現(xiàn)在將參照?qǐng)D1到圖3對(duì)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的CMOS RF天線 開(kāi)關(guān)進(jìn)行描述。應(yīng)當(dāng)理解，盡管在圖1到圖3中示出了 CMOS RF 天線開(kāi)關(guān)的特定實(shí)施例，但在不背離本發(fā)明實(shí)施例的情況下，所示 出的CMOSRF天線開(kāi)關(guān)的其它變化仍是可行的。
圖1A示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的簡(jiǎn)化的CMOS RF天 線開(kāi)關(guān)及其工作。#4居本發(fā)明示例性實(shí)施例，CMOS RF天線開(kāi)關(guān) 可包括發(fā)送開(kāi)關(guān)102和4妄收器開(kāi)關(guān)104。另外，CMOSRF天線開(kāi)關(guān) 可包括與發(fā)送開(kāi)關(guān)102和接收器開(kāi)關(guān)104中的至少一個(gè)進(jìn)行通信的 天線100。盡管可以才艮據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施例利用多個(gè)不同天線， 但根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，天線100可以是一個(gè)多模(例如，
RX和TX)、多波段的天線。根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例，接收器開(kāi) 關(guān)104可由級(jí)聯(lián)(cascade)或疊層的晶體管108、 110、 112、和106 組成，這些晶體管可以是互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)晶體 管。晶體管108可包4舌源才及108a、 4冊(cè)才及108b、漏4及108c、以及體 襯底(body substrate )108d。晶體管110可包括源才及110a、才冊(cè)極110b、 漏極llOc、以及體襯底llOd。晶體管112可包括源極112a、柵才及 112b、漏極112c、以及體襯底112d。晶體管106可包括源極106a、 片冊(cè)才及106b、漏才及106c、以及體4于底(未示出)。
晶體管108可具有連接到晶體管110的源才及110a的漏極108c。 另夕卜，晶體管110可具有連接到晶體管112a的漏極110c。晶體管 104的漏極112c可連接到接收(RX)塊以處理乂人天線100接收到 的信號(hào)。另夕卜，晶體管112的體襯底112d可連接到晶體管106的 源極106a。晶體管106的漏極106c可接地。下文將進(jìn)一步詳細(xì)描 述，至少一個(gè)晶體管106可根據(jù)實(shí)例體開(kāi)關(guān)技術(shù)配置在襯底體112d 處，該晶體管106可作為晶體管112的襯底體開(kāi)關(guān)工作。具體地， 根據(jù)是否工作在相應(yīng)的發(fā)送(Tx)模式或接收(Rx)模式，至少一 個(gè)晶體管106可切才灸至ON狀態(tài)或OFF狀態(tài)。如下文才艮才居本發(fā)明的 示例性實(shí)施例所進(jìn)4于的更為詳細(xì)的描述，圖1A的4妄收器開(kāi)關(guān)104 可根據(jù)接收器開(kāi)關(guān)104是在圖1B中所示的OFF狀態(tài)還是在圖1C 中所示的ON狀態(tài)，來(lái)產(chǎn)生不同的等效電路。
A. 發(fā)送模式
圖IB示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的接收器開(kāi)關(guān)104處于 OFF (例如，禁用、阻斷等)狀態(tài)的等效電路。在圖IB中，可將 接收器開(kāi)關(guān)104置于OFF狀態(tài)，以提供與發(fā)送開(kāi)關(guān)102的隔離。當(dāng) 接收器開(kāi)關(guān)104處于OFF狀態(tài)時(shí)，可以將發(fā)送信號(hào)/人發(fā)送(Tx) 塊才是供到天線100。如圖IB所示，當(dāng)4妄收器開(kāi)關(guān)104處于OFF狀 態(tài)時(shí)，疊層晶體管108、 110、 112可以隨后置于OFF狀態(tài)(例如，
斷開(kāi))，從而得到更高的阻抗。疊層晶體管106可以置于ON狀態(tài) 114 (例如，閉合)，從而將晶體管112的襯底體112d與地短接，并 縮4豆漏電流從源才及112a流向漏極112c的信號(hào)踏4圣。
在圖IB的結(jié)構(gòu)中，可以將發(fā)送(Tx)信號(hào)的功率最大化(以 及使Tx塊的功率控制能力最大化)。通過(guò)控制導(dǎo)向OFF狀態(tài)的接 收器開(kāi)關(guān)104的漏電流以及4妄收器開(kāi)關(guān)104的》及聯(lián)開(kāi)關(guān)108、 110、 和112的源-漏4及擊穿電壓來(lái)確定發(fā)送開(kāi)關(guān)102的功率處理能力。因 此，發(fā)送開(kāi)關(guān)102的最大發(fā)送功率可取決于接收器開(kāi)關(guān)104的特性。
應(yīng)當(dāng)理解，為增加Tx開(kāi)關(guān)102的功率控制能力，可增加多疊 層晶體管108、 110、 112的凄史量以減少每個(gè)晶體管108、 110、 112 的擊穿負(fù)荷。例如，才艮據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，可以對(duì)三個(gè)以上的 晶體管108、 110、 112進(jìn)行級(jí)聯(lián)。此外，應(yīng)當(dāng)理解，天線112的最 后一個(gè)晶體管112能夠控制接收器開(kāi)關(guān)104處的漏電流。如果在Rx 路徑中流向OFF狀態(tài)的開(kāi)關(guān)108、 110、 112的漏電流;波最小化，則 可以Tx塊向天線100傳遞最大功率。如上所述，連4妄在;l也和晶體 管112的體襯底112d之間的體開(kāi)關(guān)晶體管106可用于控制接收器 開(kāi)關(guān)104處的漏電流。更具體地，通過(guò)將體開(kāi)關(guān)晶體管106置于 ON狀態(tài)114，從天線100到Rx塊的最后一個(gè)晶體管112的村底體 112d可以4妄地，乂人而縮短了漏電流從源才及112a流向漏才及112c的信 號(hào)路徑。
仍然參照?qǐng)D1B,當(dāng)接收器開(kāi)關(guān)104處于OFF位置時(shí)，疊層晶 體管108、 110可以是浮體(body-floating)晶體管，同時(shí)，疊層晶 體管112可以是體4妾地(body-grounded)晶體管。圖2A示出了根 據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的處于OFF狀態(tài)200的浮體晶體管(諸如圖 IB中的晶體管108、 110)的等效集中(lumped)模型。圖2B示出 了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的處于OFF狀態(tài)202的體接地晶體管 (諸如圖IB中的晶體管112)的等效集中模型Equivalent lumped
model)。 4艮據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例，圖2A和圖2B中的等效模型包 括電容器212、 214、 216、 218以及p-n結(jié)二極管204、 206。
當(dāng)通過(guò)接收器開(kāi)關(guān)104在天線100處接收到電壓擺動(dòng)(voltage swing)時(shí)，則在疊層晶體管108、 110、以及112之中對(duì)電壓擺動(dòng) 進(jìn)行劃分。因此，最后一個(gè)晶體管112可以只經(jīng)歷天線處的整個(gè)電 壓擺動(dòng)的僅三分之一，從而降低發(fā)生在晶體管112上的源-漏極擊穿 電壓的可能性。然而，應(yīng)當(dāng)理解，如果根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例配 置額外的前述晶體管以減少疊層晶體管108、 110、 112的負(fù)載，則 最后一個(gè)晶體管112處的電壓擺動(dòng)可以是不同的，并且可能更小。
如圖2A所示，晶體管108、 110可以是浮體晶體管。然而，為 減少流向Rx塊的漏電流并使Tx塊到天線100的能量控制最大化， 體開(kāi)關(guān)晶體管106可以置于ON位置114以將4十底體112d接地。 因此，如圖2B所示，晶體管112可以是體接地晶體管，其縮短了 漏電流乂人源才及112a流向漏才及112c的信號(hào)路徑。
當(dāng)負(fù)電壓擺動(dòng)^皮施加到4妻收器開(kāi)關(guān)104時(shí)，晶體管112的p-n 結(jié)二4及管204、 206可以導(dǎo)通，以4吏漏電流可由-危過(guò)p-n結(jié)二4及管 204、 206的電流而產(chǎn)生。p-n結(jié)二極管204、 206導(dǎo)通所造成的結(jié)果 可以是負(fù)電壓擺動(dòng)的可能的限幅(clipping),以限制Tx才莫塊對(duì)天線 100的能量控制能力。然而，因?yàn)?12a處的電壓電平被p-n結(jié)二極 管204的導(dǎo)通電壓所固定，所以避免了由處于OFF狀態(tài)的裝置112 的通道形成而產(chǎn)生的漏電流。實(shí)際上，處于OFF狀態(tài)的多疊層晶體 管108、 110、以及112能夠在天線端口處對(duì)電壓擺動(dòng)進(jìn)行劃分，以 使最后一個(gè)OFF狀態(tài)的晶體管112以及p-n結(jié)二極管204、 206可 經(jīng)歷天線100處的電壓擺動(dòng)的僅三分之一。因此，天線端口處的整 個(gè)電壓擺動(dòng)可能不足以在最后一個(gè)晶體管112處導(dǎo)通p-n結(jié)二極管 204、 206。
B.接收模式
圖1C示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的接收器開(kāi)關(guān)104處于 ON (例如，使能、接收等)狀態(tài)的等效電路。在圖1C中，接收器 開(kāi)關(guān)104可以置于ON位置，以使接收(RX)塊接收來(lái)自天線IOO 的信號(hào)。當(dāng)接收器開(kāi)關(guān)104處于ON狀態(tài)時(shí)，發(fā)送開(kāi)關(guān)102可以置 于OFF(例如，禁用、阻斷)狀態(tài)，以使發(fā)送開(kāi)關(guān)102與接收器開(kāi) 關(guān)104隔離。如圖1C所示，當(dāng)接收器開(kāi)關(guān)104處于ON狀態(tài)時(shí)， 疊層晶體管106可置于OFF狀態(tài)116, 乂人而在晶體管112的體4于底 112d和地之間提供等效電阻器(即，浮體)。以這種方式，可以使 從天線100到RX塊的接收(RX )路徑處的插入損失(insertion loss ) 最小化。
圖3示出了#4居本發(fā)明示例性實(shí)施例的浮體晶體管處于ON狀 態(tài)300的等效集中模型。如上所述，如圖3的等效集中模型所示， 晶體管106可以配置在OFF位置116以提供浮體晶體管。在圖3中， 隨著晶體管112的尺寸的增大，寄生電容器304、 306、 308、 310 可在ON 300狀態(tài)才是供另一信號(hào)^各徑。更具體地，圖3的ON狀態(tài) 晶體管可具有ON電阻器302、柵-漏電容器308、柵-源電容器310、 以及漏-體(drain-body)電容器304、以及體-源(body-source)電 容器306作為信號(hào)i 各徑。如果體襯底4妄地，則通過(guò)電容器304、 306 的這些信號(hào)路徑中的一個(gè)就可能丟失，從而增加了插入損失。因此， 當(dāng)接收器開(kāi)關(guān)104處于ON狀態(tài)時(shí)，最后一個(gè)晶體管112需要處于 浮體狀態(tài)(例如，當(dāng)晶體管106處于ON狀態(tài)116時(shí))以確保最小 化的插入損失。
II,CMOS RF天線開(kāi)關(guān)的第二實(shí)施例
下面將參照?qǐng)D4A到圖6討論具有附加功率控制能力的CMOS RF天線開(kāi)關(guān)的可替換的實(shí)施例。通常，具有改進(jìn)的功率控制能力
的CMOSRF天線開(kāi)關(guān)可包4舌外圍部4牛，i者如用于改進(jìn)CMOS天線 開(kāi)關(guān)的功率控制的電容器。
參照?qǐng)D4A， CMOS RF天線開(kāi)關(guān)可包括發(fā)送開(kāi)關(guān)402和4妄收器 開(kāi)關(guān)404。另外，天線400可配置為與發(fā)送開(kāi)關(guān)402和4妄收器開(kāi)關(guān) 404中的至少一個(gè)進(jìn)行通信。才艮據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例，接收器開(kāi) 關(guān)404可包4"舌疊層晶體管408、 410、 412、以及406，其可以是互 補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)晶體管。接收器開(kāi)關(guān)404可進(jìn)一 步包括電容器418、 420。晶體管408可包括源極408a、柵極408b、 漏才及408c、以及體4于底408d。晶體管410可包4舌源才及410a、才冊(cè)才及 410b、漏極410c、以及體襯底410d。晶體管412可包括源極412a、 才冊(cè)才及412b、漏4及412c、以及體4十底412d。晶體管406可包括源^L 406a、才冊(cè)才及406b、〉漏才及406c、以及體^H"底(未示出)。
如圖4A所示，i者如電容器418的外圍部件可以配置在晶體管 408的源才及408a和4冊(cè)才及408b之間。同樣地，晶體管408的源才及408a
(或》爲(wèi)才及408c )可連才妄到其體^H"底408d。晶體管408的》漏才及408c 可連接到晶體管410的源極410a。另外，晶體管410的源極410a
(或漏才及410c )可連沖妄到其體^H"底410d。晶體管410的漏才及410c 可連接到晶體管412的源極412a。諸如電容器420的另一外圍部件 可置于晶體管412的柵極412b和漏才及412c之間。另夕卜，晶體管412 的體4于底412d可連4妄到晶體管406的源才及406a。晶體管406的漏 極406c可接地。與上文所述類似，晶體管406可作為晶體管412 的襯底體開(kāi)關(guān)而工作。
A.發(fā)送模式
圖4B示出了根據(jù)本示例性實(shí)施例的接收器開(kāi)關(guān)404處于OFF (例如，禁用、阻斷等)狀態(tài)的等效電路。在圖4B中，接收器開(kāi) 關(guān)404可置于OFF狀態(tài)以^是供與發(fā)送開(kāi)關(guān)402的隔離。當(dāng)4妄收器開(kāi)
關(guān)404處于OFF狀態(tài)時(shí)，可以將發(fā)送信號(hào)從發(fā)送(Tx)塊提供到 天線400。如圖4B所示，當(dāng)"^妄收器開(kāi)關(guān)404處于OFF狀態(tài)時(shí)，疊 層晶體管408、 410、 412可以隨后置于OFF狀態(tài)(例如，斷開(kāi))， 從而得到更高的阻抗。疊層晶體管406可以置于ON狀態(tài)414 (例 如，閉合)，從而將晶體管412的襯底體412d與地短接，并縮短漏 電流/人源才及412a流向漏才及412c的信號(hào)3各徑。
發(fā)送開(kāi)關(guān)402的功率控制能力可取決于在OFF狀態(tài)的接收器開(kāi) 關(guān)404的性能。允許天線400端口處的大電壓擺動(dòng)，保持OFF狀態(tài) 接收器開(kāi)關(guān)404的高阻抗，以及禁用負(fù)電壓擺動(dòng)的接收器開(kāi)關(guān)404 中的襯底結(jié)二極管，可提供CMOS天線開(kāi)關(guān)的高功率控制能力。
根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，如為接收器開(kāi)關(guān)404所提供的， 通過(guò)4吏用疊層晶體管408、 410、 412，可以部分i也解決天線400處 的大電壓擺動(dòng)。實(shí)際上，與上文類似，大電壓擺動(dòng)可以在疊層晶體 管408、 410、 412中進(jìn)行分擔(dān)。應(yīng)當(dāng)理解，在不背離本發(fā)明實(shí)施例 的情況下，可以利用三個(gè)以上的疊層晶體管。同^"地，通過(guò)4吏用上 述的體開(kāi)關(guān)技術(shù)可以提高OFF狀態(tài)接收器開(kāi)關(guān)404的阻抗。更具體 地，利用體開(kāi)關(guān)技術(shù)，晶體管406可設(shè)置在ON狀態(tài)，從而將晶體
管412的體^H"底412d4妄地，并縮短漏電流乂人源才及412a流向漏才及412c
的信號(hào)路徑。
關(guān)于負(fù)端口處經(jīng)歷的負(fù)電壓4罷動(dòng)，CMOS RF天線開(kāi)關(guān)可利用 諸如電容器418、 420的外圍部件通過(guò)避免處于OFF狀態(tài)的晶體管 (例如，晶體管408、 412)的通道的形成來(lái)減少漏電流。下文將參 照?qǐng)D5和圖6對(duì)使用諸如電容器418、 420的這些外圍部件以減少 處于OFF狀態(tài)的4妄收器開(kāi)關(guān)404的漏電流進(jìn)4于更詳細(xì)的討i侖。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的圖4B中的接收器開(kāi)關(guān) 404的多疊層結(jié)構(gòu)的等效集中模型。在圖5中，當(dāng)晶體管406處于
ON狀態(tài)時(shí)，等效集中模型被配置為晶體管408、 410、 412處于OFF 狀態(tài)。如圖5所示，晶體管408a的等效集中^^莫型包括電容器502a、 504a、 506a、以及p-n結(jié)二極管508a。晶體管410的等效集中模型 包括電容器502b、 504b、 506b、以及p-n結(jié)二極管508b。同樣地， 晶體管412的等效集中模型包括電容器502c、 504c、 506c、 510以 及p-n結(jié)二極管508、 512。
應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例，用于OFF狀態(tài)的晶體管 408、 410、 412的電容器502a-c、 504a-c、以及506a-c的電容可才艮 據(jù)施加的電壓擺動(dòng)而變化。另外，在不〗吏用諸如電容器418、 420 的外圍部件的情況下，對(duì)于天線400端口處的所有電壓擺動(dòng)，OFF 狀態(tài)的晶體管408、 410、 412可以實(shí)際上不處于OFF狀態(tài)。而是， 當(dāng)高功率信號(hào)/人Tx開(kāi)關(guān)402傳遞到天線400端口時(shí)，OFF狀態(tài)的 開(kāi)關(guān)晶體管408、 410、 412可經(jīng)歷天線400端口處的大電壓擺動(dòng)。 在這種情況下，OFF狀態(tài)的晶體管408、 410、 412可變?yōu)镺N,從 而導(dǎo)致不期望的漏電流會(huì)開(kāi)始在接收器開(kāi)關(guān)404中流動(dòng)。不期望的 漏電流可使發(fā)送信號(hào)的性能惡化，并損壞接收器(Rx )塊中的LNA 和混頻器。然而，如將參照?qǐng)D6而進(jìn)行的更為詳細(xì)的描述，諸如電 容器418、 420的外圍部件的使用可避免OFF狀態(tài)晶體管408、 410、 412中的一個(gè)或多個(gè)變?yōu)镺N。
圖6示出了才艮據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的諸如OFF狀態(tài)晶體管 408、 410的OFF狀態(tài)CMOS晶體管600的等效電if各。通過(guò)4吏用諸 如柵-漏電容器Cgd 602、柵-源電容器Cgs 604、體-源電容器Cbs 606 以及體-漏電容器cbd 608的寄生電容可以描述OFF狀態(tài)的晶體管 600。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，OFF狀態(tài)的CMOS晶體管600需要4冊(cè)極、 漏極、以及源極的零偏置614保持在OFF狀態(tài)。當(dāng)小信號(hào)616電壓 擺動(dòng)施加到漏極時(shí)，源極和漏極仍然大約處于零偏置，以使OFF 狀態(tài)的晶體管600不導(dǎo)通。然而，如果大信號(hào)618電壓擺動(dòng)被施加 到漏4及，則大信號(hào)618電壓擺動(dòng)的負(fù)循環(huán)(cycle) 620可導(dǎo)致漏^L 具有低于柵極的電勢(shì)，以使電流624可從源極流向漏極。在大信號(hào)
618電壓擺動(dòng)的正循環(huán)622期間，可以根據(jù)已=^( Cgrf )基于柵-
漏電容器Cgd 602和4冊(cè)-源電容器Cgs的電容來(lái)確定棚4及的電勢(shì)。由 于柵4及處的電勢(shì)，電路626可從漏極流向源極。
根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，在電壓擺動(dòng)的相應(yīng)的負(fù)循環(huán)620 和正循環(huán)622期間，諸如外圍電容器418、 420中的一個(gè)或兩個(gè)的 外圍部件可用于避免不期望的電流624、 626。具體地，才艮據(jù)本發(fā)明 實(shí)施例，諸如外圍電容器420的外圍部件可連接在棚4及和漏極之間， 以使柵極的電勢(shì)與漏極大體上相同，從而OFF狀態(tài)的晶體管600 在電壓擺動(dòng)的負(fù)循環(huán)620期間不導(dǎo)通。同樣地，諸如外圍電容器418 的外圍部件可連接在柵極和源才及之間，以使4冊(cè)極的電勢(shì)與源極大體 上相同，以使OFF狀態(tài)的晶體管600在電壓擺動(dòng)的正循環(huán)期間不導(dǎo) 通。因此，通過(guò)利用諸如外圍電容器418、 420的外圍部件，才艮據(jù) 本發(fā)明實(shí)施例的接收器開(kāi)關(guān)404可解決來(lái)自天線400端口的漏極中 的電壓擺動(dòng)的負(fù)循環(huán)620和正循環(huán)622 二者的矛盾的需求。
總的來(lái)說(shuō)，處于OFF狀態(tài)的接收器開(kāi)關(guān)404可包括疊層晶體管 408、 410、 412以分擔(dān)天線400端口處的大電壓擺動(dòng)的每個(gè)晶體管 的電壓負(fù)擔(dān)。因此，為使OFF狀態(tài)的阻抗最大化并減少漏電流， OFF狀態(tài)的接收器開(kāi)關(guān)404可利用疊層晶體管412的體開(kāi)關(guān)技術(shù) 406。最后，諸如外圍電容器418、 420的外圍部件可添加在源才及和 柵極之間或漏極和柵極之間，以避免OFF狀態(tài)的接收器開(kāi)關(guān)404 裝置在天線400端口的負(fù)或正電壓4罷動(dòng)期間導(dǎo)通為ON。
B. 接收模式
圖4C示出了4艮據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的4妄收器開(kāi)關(guān)404處于 OFF (例如，禁用、阻斷等)狀態(tài)的等效電路。在圖4C中，接收 器開(kāi)關(guān)404可置于ON位置，以使接收(RX )塊接收來(lái)自天線400 的信號(hào)。當(dāng)4妄收器開(kāi)關(guān)404處于ON狀態(tài)時(shí)，發(fā)送開(kāi)關(guān)402可置于 OFF(例如，禁用、阻斷)狀態(tài)，以使發(fā)送開(kāi)關(guān)402與接收器開(kāi)關(guān) 404隔離。如圖4C所示，當(dāng)^妄收器開(kāi)關(guān)404處于ON狀態(tài)時(shí)，疊層 晶體管406可置于OFF狀態(tài)416， 乂人而在晶體管412的體襯底112d 和地之間提供等效電阻器(即，浮體)。以這種方式，可以使從天 線400到RX塊的接收(RX )路徑處的插入損失最小化。
C. 容纟元/阻:阮的改變
圖7示出了當(dāng)ilr入功率在漏才及端口增大時(shí)在多疊層結(jié)構(gòu)中的整
個(gè)電容的變化。寄生電容ii(例如，Cgd602、 Cgs604、 Cbs606、以 及Cbd 608 )可才艮據(jù)晶體管是否處于ON狀態(tài)或OFF狀態(tài)而變化。 如果接收器開(kāi)關(guān)中的OFF狀態(tài)的晶體管通過(guò)施加到漏極的大電壓 擺動(dòng)而導(dǎo)通為ON,則OFF狀態(tài)晶體管的整個(gè)電容值可因此增大。 如圖7中的電容702所示，僅利用體開(kāi)關(guān)(例如，圖IB)而不利 用諸如圖4B中的電容器418、 420的外圍部件的接收器開(kāi)關(guān)可導(dǎo)致 接收器開(kāi)關(guān)在高輸入功率處具有高電容702。高電容702可指示接 收器開(kāi)關(guān)中的OFF狀態(tài)晶體管無(wú)意地導(dǎo)通為ON。相反，通過(guò)使用 體開(kāi)關(guān)和諸如根據(jù)圖4B中的電容器418、 420的外圍部件，即使在 高輸入功率時(shí)也可實(shí)現(xiàn)低電容704。因此，使用體開(kāi)關(guān)技術(shù)和外圍 部件二者的OFF狀態(tài)多疊層接收器開(kāi)關(guān)比僅使用體開(kāi)關(guān)技術(shù)的 OFF狀態(tài)多疊層接收器開(kāi)關(guān)更為穩(wěn)定。
圖8A和圖8B示出了使用體開(kāi)關(guān)技術(shù)的多疊層接收器開(kāi)關(guān)和 使用體開(kāi)關(guān)技術(shù)與諸如電容器418、 420的外圍部件的多疊層接收 器開(kāi)關(guān)之間的OFF狀態(tài)阻抗差值。OFF狀態(tài)接收器開(kāi)關(guān)的晶體管 開(kāi)關(guān)的OFF 一犬態(tài)阻:抗的變^f匕可取決于工^[乍頻率以及l(fā)lr入功率的電
平。具體地，工作頻率可改變OFF狀態(tài)晶體管的寄生電容器(例如， 寄生電容器602、 604、 608、 610)的阻抗。接收器開(kāi)關(guān)的OFF狀 態(tài)阻抗的變化可影響Tx開(kāi)關(guān)處的功率控制能力和諧波性能。圖8A 示出了基于小信號(hào)仿真的OFF狀態(tài)阻抗，通過(guò)以固定輸入功率掃描 頻率來(lái)執(zhí)行所述小信號(hào)仿真。如圖8所示，對(duì)于小信號(hào)仿真，僅使
部件二者的接收器開(kāi)關(guān)的阻抗804類似。然而，OFF狀態(tài)的阻抗可 與大信號(hào)仿真不同，所述大信號(hào)仿真以固定頻率掃描輸入功率。具 體地，如圖8B所示，4又使用體開(kāi)關(guān)的OFF狀態(tài)接收器開(kāi)關(guān)的阻抗 806在較高輸入功率時(shí)可能會(huì)低于使用體開(kāi)關(guān)和外圍部件的OFF狀 態(tài)接收器開(kāi)關(guān)的阻抗808。因此，使用體開(kāi)關(guān)和外圍部件的接收器 開(kāi)關(guān)可具有更高的功率控制能力和更好的諧波性能。
III.仿真結(jié)果
圖9示出了4艮據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的在多波l殳(例如， 900MHz、 1.9GHz、 2.1GHz)中的漏電流的仿真結(jié)果。如圖9所示， ^f義^使用體開(kāi)關(guān)的多疊層4妄收器開(kāi)關(guān)的漏電流卯2可以明顯大于4吏用 了體開(kāi)關(guān)和外圍部件二者的多疊層"t妄收器開(kāi)關(guān)的漏電流卯4。
圖10示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的多波段發(fā)送開(kāi)關(guān)的功 率控制能力的仿真結(jié)果。如圖10所示，對(duì)于更高的輸入功率，僅 使用體開(kāi)關(guān)的多疊層接收器開(kāi)關(guān)的功率控制能力1002明顯劣于使 用了體開(kāi)關(guān)和外圍部件二者的多疊層接收器開(kāi)關(guān)的功率控制能力 1004。
圖11示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的多波段發(fā)送開(kāi)關(guān)的第 二諧波性能的仿真結(jié)果。如圖11所示，僅使用體開(kāi)關(guān)的多疊層接 收器開(kāi)關(guān)的第二諧波性能1102劣于使用了體開(kāi)關(guān)和外圍部件二者 的多疊層接收器開(kāi)關(guān)的第二諧波性能1104。
圖12示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的多波段發(fā)送開(kāi)關(guān)的第 三諧波性能的仿真結(jié)果。如圖12所示，僅使用體開(kāi)關(guān)的多疊層接 收器開(kāi)關(guān)的第三諧波性能1202劣于使用了體開(kāi)關(guān)和外圍部件二者 的多疊層接收器開(kāi)關(guān)的第三諧波性能1204。
對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可實(shí)現(xiàn)本文所闡述的本發(fā)明的許 多改進(jìn)和其他實(shí)施例，并且它們都具有前述i兌明和相關(guān)附圖中體現(xiàn) 的啟示優(yōu)點(diǎn)。因此，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于所7>開(kāi)的具體實(shí)施例， 并且改進(jìn)和其它實(shí)施例均包括在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。盡管本文 使用了特定術(shù)語(yǔ)，但它們僅用于一般的描述，而不是用于限制本發(fā) 明。
權(quán)利要求
1. 一種CMOS天線開(kāi)關(guān)，包括天線，工作在多個(gè)射頻(RF)波段；發(fā)送開(kāi)關(guān)，與所述天線進(jìn)行通信；接收器開(kāi)關(guān)，與所述天線進(jìn)行通信，其中，所述接收器開(kāi)關(guān)包括多個(gè)晶體管；第一外圍部件，為所述多個(gè)晶體管中的第一晶體管而配置，其中，所述第一晶體管包括第一源極和第一柵極，而其中所述第一外圍部件連接所述第一源極和所述第一柵極；以及第二外圍部件，為所述多個(gè)晶體管中的第二晶體管而配置，其中，所述第二晶體管包括第二柵極、第二漏極、以及第二體襯底，其中，所述第二外圍部件連接所述第二柵極和所述第二漏極，而其中，所述第二體襯底在電阻和地之間選擇連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線開(kāi)關(guān)，其中，所述第一外圍部件和 所述第二外圍部件中的至少 一個(gè)是電容器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線開(kāi)關(guān)，進(jìn)一步包括體襯底開(kāi)關(guān)，用 于在電阻和地之間選擇連接所述第二晶體管的第二體襯底。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的天線開(kāi)關(guān)，其中，在發(fā)送(Tx)模式 期間，使能所述發(fā)送開(kāi)關(guān)，禁用所述接收器開(kāi)關(guān)，并使能所述 體襯底開(kāi)關(guān)，以將所述第二體襯底連接至地，從而減少流向接 收器(Rx)塊的漏電流，所述接收器塊與所述接收器開(kāi)關(guān)相 關(guān)聯(lián)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的天線開(kāi)關(guān)，其中，所述體村底開(kāi)關(guān)工作 在第一狀態(tài)，以將所述第二體襯底電連接至地，而其中，所述 體襯底開(kāi)關(guān)工作在與所述第 一狀態(tài)不同的第二狀態(tài)，以在所述 第二體襯底和地之間配置所述電阻。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的天線開(kāi)關(guān)，其中，所述體襯底開(kāi)關(guān)包括 具有第三源極和第三漏極的第三晶體管，其中，所述第三源極 電連接至所述第二晶體管的第二體襯底，而所述第三漏極電連 接至地。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線開(kāi)關(guān)，其中，在接收(Rx)模式 期間，禁用所述發(fā)送開(kāi)關(guān)，使能所述接收器開(kāi)關(guān)，并禁用所述 體4t底開(kāi)關(guān)，以在所述第二體4十底和;也之間配置所述電阻。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的天線開(kāi)關(guān)，其中，所述第二晶體管包括 第二源極，其中，當(dāng)使能所述接收器開(kāi)關(guān)時(shí)，所述第二晶體管 的等效電路包括漏-體電容器連接和體-源電容器連接，而其 中，當(dāng)使能所述接收器開(kāi)關(guān)時(shí)，通過(guò)所述漏-體電容器連接和 所述體-源電容器連接形成來(lái)自所述天線的接收信號(hào)的信號(hào)路 徑的至少一部分。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線開(kāi)關(guān)，其中，所述多個(gè)晶體管包括 級(jí)聯(lián)在一起的互補(bǔ)型半導(dǎo)體氧化物(CMOS)晶體管。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線開(kāi)關(guān)，其中，所述第一晶體管進(jìn)一 步包括第 一漏極和第 一體襯底，并進(jìn)一步包括具有第三源才及、 第三漏極、以及第三體襯底的第三晶體管，其中，所述第一漏 極連接至所述第二源極而所述第二漏極連"f妻至所述第三源才及。
11. 一種用于COMS天線開(kāi)關(guān)的方法，包4舌配置天線，所述天線工作在多個(gè)射頻(RF)波段；將發(fā)送開(kāi)關(guān)和接收器開(kāi)關(guān)電連接至所述天線，其中，所 述接收器開(kāi)關(guān)包括多個(gè)晶體管；為所述多個(gè)晶體管中的第 一晶體管配置第一外圍部件， 其中，所述第一晶體管包括第一源極和第一柵極，而其中，所 述第 一外圍部件連接所述第 一源極和所述第 一柵極；為所述多個(gè)晶體管中的第二晶體管配置第二外圍部件， 其中，所述第二晶體管包括第二柵極、第二漏極、以及第二體 4于底，其中，所述第二外圍部件連4妄所述第二柵-才及和所述第二 漏極，而其中，所述第二體襯底在電阻和地之間選擇連接。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，配置所述第一外圍部件 和所述第二外圍部件包括為所述第 一外圍部件或所述第二外 圍部件配置至少一個(gè)電容器。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括配置體襯底開(kāi)關(guān)，用于將所述第二體坤于底在電阻和地之 間選擇連接。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，在發(fā)送(Tx )模式期間， 使能所述發(fā)送開(kāi)關(guān)，禁用所述接收器開(kāi)關(guān)，并使能所述體襯底 開(kāi)關(guān)，以將所述第二體村底連接至地，從而減少流向4妄收器(Rx)塊的漏電流，所述接收器塊與所述接收器開(kāi)關(guān)相關(guān)聯(lián)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述體襯底開(kāi)關(guān)工作在 第一狀態(tài)，以將所述第二體襯底電連接至地，而其中，所述體 襯底開(kāi)關(guān)工作在與所述第 一狀態(tài)不同的第二狀態(tài)，以在所述第 二體襯底和地之間配置所述電阻。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述體襯底開(kāi)關(guān)包括具 有第三源極和第三漏極的第三晶體管，其中，所述第三源極電 連接至所述第二晶體管的第二體襯底，而所述第三漏極電連接 至地。
17. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，在接收(Rx )模式期間， 禁用所述發(fā)送開(kāi)關(guān)，使能所述接收器開(kāi)關(guān)，并禁用所述體襯底 開(kāi)關(guān)，以在所述第二體坤十底和i也之間配置所述電阻。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述第二晶體管包括第 二源極，其中，當(dāng)使能所述接收器開(kāi)關(guān)時(shí)，所述第二晶體管的 等效電路包括漏-體電容器連接和體-源電容器連接，而其中， 當(dāng)使能所述接收器開(kāi)關(guān)時(shí)，通過(guò)所述漏-體電容器連接和所述 體-源電容器連接形成來(lái)自所述天線的接收信號(hào)的信號(hào)路徑的 至少一部分。
19. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述多個(gè)晶體管包括級(jí) 聯(lián)在一起的互補(bǔ)型半導(dǎo)體氧化物(CMOS)晶體管。
20. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述第一晶體管進(jìn)一步 包括第一漏才及和第一體襯底，并進(jìn)一步包括具有第三源極、第 三漏極、以及第三體襯底的第三晶體管，其中，所述第一漏極 連4妄至所述第二源才及而所述第二漏才及連4妄至所述第三源才及。
21. —種CMOS天線開(kāi)關(guān)，包括天線，工作在多個(gè)射頻(RF )波段； 發(fā)送開(kāi)關(guān)，與所述天線進(jìn)行通信；接收器開(kāi)關(guān)，與所述天線進(jìn)行通信，其中，所述接收器 開(kāi)關(guān)包括多個(gè)晶體管，所述多個(gè)晶體管包括第一晶體管，具 有第一源極和第一柵極；以及第二晶體管，具有第二柵極、第 二漏才及、以及第二體^H"底；用于電連4妄所述第 一源4及和所述第 一棚4及的裝置；用于電連接所述第二柵極和所述第二漏才及的裝置；用于將所述第二體村底在電阻和地之間選4奪性連4妄的裝
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例提供了一種CMOS天線開(kāi)關(guān)，其可稱為CMOS SPDT開(kāi)關(guān)。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，該CMOS天線開(kāi)關(guān)可工作在多個(gè)頻率，約在900MHz、1.9GHz和2.1GHz。CMOS天線開(kāi)關(guān)可包括接收器開(kāi)關(guān)和發(fā)送開(kāi)關(guān)。接收器開(kāi)關(guān)可利用具有體襯底開(kāi)關(guān)的多疊層晶體管以及附加在漏極和柵極之間的外圍電容器來(lái)阻斷來(lái)自發(fā)送路徑的高功率信號(hào)以及在接收器路徑處保持低插入損失。CMOS天線開(kāi)關(guān)的示例性實(shí)施例可在多波段(例如，900MHz、1.9GHz、和2.1GHz)處提供38dBm P 0.1dB。另外，根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例可獲得-60dBc秒和高達(dá)30dBm的第三諧波性能的輸入。
文檔編號(hào)H04B7/00GK101388682SQ20081014966
公開(kāi)日2009年3月18日 申請(qǐng)日期2008年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月14日
發(fā)明者喬伊·拉斯卡爾, 安民植, 張?jiān)诳? 李彰浩, 禹王命, 金學(xué)善 申請(qǐng)人:三星電機(jī)株式會(huì)社