差分收发射频开关和射频终端的制作方法

本发明涉及射频电路设计领域，特别涉及一种差分收发射频开关和射频终端。

背景技术：

在无线或者移动通信系统中，常常会用到射频开关(Radio Frequency Switch，简称RFSW)进行射频通道选择。以手机为例，双刀双掷(Dual-PoleDual-Throw，简称DPDT)类型的射频开关可为手机的发射和接收无线信号进行通道选择。所述无线信号为差分信号，可提高数据信号传输的抗干扰特性。所述DPDT射频开关一般耦接天线端口，其包括的两个开关分支在共用天线的情况下实现无线信号的接收和发射。

目前，CMOS工艺以较低的成本及集成整合优势，逐渐成为射频开关的主流工艺。随着移动通信的发展，射频开关的电路结构也越来越复杂，要求射频开关具有尽可能高的功率线性度，高的谐波抑制比，尽可能低的插入损耗(Insertion Loss，IL，简称插损)和尽可能高的隔离度(Isolation)。其中，插入损耗是指发射机与接收机之间，插入电缆或元件产生的信号损耗，通常指衰减。插入损耗以接收信号电平的对应分贝(dB)来表示，其大小可参见公式IL＝20lg(Uo/Ui)，其中，IL为插入损耗，Uo为输出信号，Ui为输入信号。隔离度为本振或射频信号泄漏到其他端口的功率与输入功率之比，单位为分贝(dB)。

由于器件的非理想性，导致差分收发射频开关有一定的插入损耗，隔离度也有限，并且很难在低插入损耗下达到高隔离度的特性。尤其是当处于发射模式时，差分收发射频开关的隔离度较低可能会引起射频终端的噪声干扰。那么，如何保证差分收发射频开关的插入损耗的基础上，改善差分收发射频开关的隔离度是一个需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明解决的一个技术问题是如何在保证差分收发射频开关的插入损耗的基础上，改善差分收发射频开关的隔离度。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种差分收发射频开关，包括发射端口和接收端口，所述发射端口与所述接收端口之间设置有天线端口，所述发射端口的正端经由第一开关电路与所述天线端口的正端连接，所述发射端口的负端经由第二开关电路与所述天线端口的负端连接，所述天线端口的正端经由第三开关电路与所述接收端口的正端连接，所述天线端口的负端经由第四开关电路与所述接收端口的负端连接；其中，所述第一开关电路的控制端与所述第二开关电路的控制端均接收第一控制信号，所述第三开关电路的控制端和所述第四开关电路的控制端均接收第二控制信号；还包括：第五开关电路，耦接于所述接收端口的正端和所述接收端口的负端之间，其控制端接收所述第一控制信号；其中，当所述第二控制信号控制所述第三开关电路和第四开关电路关断时，所述第一控制信号控制所述第一开关电路、第二开关电路和第五开关电路导通；当所述第二控制信号控制所述第三开关电路和第四开关电路导通时，所述第一控制信号控制所述第一开关电路、第二开关电路和第五开关电路关断。

可选地，所述第五开关电路包括：偶数个开关管，在所述偶数个开关管中，前一个开关管的输出端耦接后一个开关管的输入端，第一个开关管的输入端耦接所述接收端口的正端，最后一个开关管的输出端耦接所述接收端口的负端，所述偶数个开关管的控制端均耦接至所述第五开关电路的控制端，所述偶数个开关管的衬底均耦接至参考端。

可选地，所述第五开关电路包括的开关管的数量为M；在所述第五开关电路中，N个开关管的衬底经由各自的浮体偏置电路耦接至所述参考端，所述浮体偏置电路的控制端耦接所述第五开关电路的控制端，所述浮体偏置电路在其控制端接收到不同的电平时具有不同的阻抗；其中，M和N为偶数，且M＞N。

可选地，从所述接收端口的正端至所述接收端口的负端，第(M-N)/2+1至第(M-N)/2+N个开关管为对应于所述浮体偏置电路的N个开关管。

可选地，所述开关管为NMOS管；所述浮体偏置电路包括：第一NMOS管，所述第一NMOS管的栅极耦接所述浮体偏置电路的控制端，所述N个开关管的衬底依次经由各自的第一NMOS管的源极和漏极耦接至所述参考端。

可选地，所述第五开关电路中的各个开关管的控制端经由各自的第一电阻耦接至所述第五开关电路的控制端；在所述第五开关电路中，所述N个开关管以外的其他开关管的衬底经由各自的第二电阻耦接至所述参考端。

可选地，对应于所述浮体偏置电路的所述N个开关管的控制端经由各自的栅偏置电路耦接至所述第五开关电路的控制端，所述栅偏置电路的控制端耦接所述N个开关管的控制端，所述栅偏置电路在其控制端接收到不同的电平时具有不同的阻抗。

可选地，所述开关管为NMOS管；所述栅偏置电路包括：第二NMOS管，所述第二NMOS管的栅极耦接所述N个开关管的控制端。

可选地，所述第五开关电路中的各个开关管的源极和漏极之间耦接有第三电阻。

可选地，所述第一开关电路、第二开关电路、第三开关电路、第四开关电路各自包括单个晶体管或者串联设置的多个晶体管。

为解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种射频终端，包括上述差分收发射频开关。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

本发明实施例的差分收发射频开关中，包括发射端口、接收端口、天线端口、第一开关电路、第二开关电路、第三开关电路、第四开关电路和第五开关电路。其中，所述第一开关电路的控制端与所述第二开关电路的控制端均接收第一控制信号，所述第三开关电路的控制端和所述第四开关电路的控制端均接收第二控制信号；所述第五开关电路耦接于所述接收端口的正端和负端之间，其控制端接收所述第一控制信号。本发明实施例中，接收端口采用共并联结构；当所述第一开关电路和第二开关电路受控导通时，所述第三开关电路和第四开关电路受控关断，所述第五开关电路受控导通，由于本发明实施例差分收发射频开关中传输的信号为差分信号，根据差分信号的对称性，所述第五开关电路的中间节点表现为射频虚地，所述第五开关电路可以为所述接收端口耦合进入的干扰信号提供至地的路径，以改善所述差分收发射频开关在发射模式下的隔离度；当所述第一开关电路和第二开关电路受控关断时，所述第三开关电路和第四开关电路受控导通，所述第五开关电路受控关断，所述第五开关电路为所述接收端口提供浮地，以保证在接收模式下，所述差分收发射频开关的插入损耗。因此，本发明实施例差分收发射频开关可以在保证其插入损耗的基础上，改善其隔离度。

进一步而言，所述第五开关电路包括M个开关管；在所述第五开关电路中，N个开关管的衬底经由各自的浮体偏置电路耦接至所述参考端，所述浮体偏置电路在其控制端接收到不同的电平时具有不同的阻抗；其中，M和N为偶数，且M＞N。当所述第五开关电路受控关断时，所述差分收发射频开关工作于接收模式，可以控制所述N个开关管对应的浮体偏置电路表现为开路或者相对较高的阻抗，以提供衬底浮空，以保证所述发射端口的插入损耗性能；当所述第五开关电路受控导通时，所述差分收发射频开关工作于发射模式，可以控制所述N个开关管对应的浮体偏置电路表现为短路或者相对较低的阻抗，所述浮体偏置电路可以为所述干扰信号提供耦合至地路径，可以改善所述发射端口的隔离度。

进一步而言，对应于所述浮体偏置电路的所述N个开关管的控制端可以经由各自的栅偏置电路耦接至所述第五开关电路的控制端，所述栅偏置电路的控制端耦接所述N个开关管的控制端，所述栅偏置电路在其控制端接收到不同的电平时具有不同的阻抗。所述栅偏置电路的阻抗与其对应的浮体偏置电路的阻抗一致，也即二者可以同时表现为开路或者短路，使得所述栅偏置电路对于所述N个开关管提供栅极对地路径或者提供栅浮空，可以在保证基本插入损耗性能的基础上，进一步改善差分收发射频开关的隔离度。

附图说明

图1是一种差分收发射频开关的电路图。

图2是本发明实施例的一种差分收发射频开关的电路结构示意图。

图3是本发明实施例的另一种差分收发射频开关的电路结构示意图。

图4是本发明实施例的一种差分收发射频开关的电路图。

图5是图1和图4所示的差分收发射频开关的插入损耗的对比仿真图。

图6是图1和图4所示的差分收发射频开关在发射模式下的隔离度的对比仿真图。

具体实施方式

如背景技术部分所述，由于器件的非理想性，导致差分收发射频开关有一定的插入损耗，隔离度也有限，并且很难在低插入损耗下达到高隔离度的特性。因此，如何在保证差分收发射频开关的插入损耗的基础上，改善差分收发射频开关的隔离度是一个需要解决的问题。

首先，本申请发明人图1示出的一种差分收发射频开关100进行了分析。如图1所示，差分收发射频开关100可以包括：发射端口(图中未标示)和接收端口(图中未标示)，所述发射端口与所述接收端口之间设置有天线端口(图中未标示)，其中，所述天线端口为天线电路10的输出端口。所述发射端口的正端TX+经由第一开关电路11与所述天线端口的正端AN+连接，所述发射端口的负端TX-经由第二开关电路12与所述天线端口的负端AN-连接，所述天线端口的正端AN+经由第三开关电路13与所述接收端口的正端RX+连接，所述天线端口的负端AN-经由第四开关电路14与所述接收端口的负端RX-连接。差分收发射频开关100还可以包括：第五开关电路15和第六开关电路16，所述第五开关电路15的第一端连接所述接收端口的正端RX+，第二端接地，所述第六开关电路16的第一端连接所述接收端口的负端RX-，第二端接地。

其中，所述第一开关电路11的控制端与所述第二开关电路12的控制端均接收第一控制信号VG-TX，所述第五开关电路15的控制端与所述第六开关电路16的控制端均接收第一控制信号VG-TX；所述第三开关电路13的控制端和所述第四开关电路14的控制端均接收第二控制信号VG-RX；当所述第二控制信号VG-RX控制所述第三开关电路13和第四开关电路14关断时，所述第一控制信号VG-TX控制所述第一开关电路11、第二开关电路12、第五开关电路15和第六开关电路16导通；当所述第二控制信号VG-RX控制所述第三开关电路13和第四开关电路14导通时，所述第一控制信号VG-TX控制所述第一开关电路11、第二开关电路12、第五开关电路15和第六开关电路16关断。其中，所述第一开关电路11、第二开关电路12、第三开关电路13、第四开关电路14、第五开关电路15和第六开关电路16分别包括串联的多个开关管，可参见图中的开关管M1至M14，以使得所述差分收发射频开关100具有较高的接收和发射功率。在第一至第六开关电路中，均包括与所述多个开关管一一对应的第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5；其中，所述第一电阻R1和第二电阻R2用于优化射频开关的射频性能，所述第三电阻R3用于提供信号的直流通路，所述第四电阻R4和第五电阻R5为匹配电阻，以增强电路集成度。在第一至第六开关电路中，开关管M1至M14的衬底均接地。

在所述差分收发射频开关100中，所述发射端口采用串联支路结构，而所述接收端口采用串并联支路结构。当所述第一开关电路11和第二开关电路12受控导通时，所述第三开关电路13和第四开关电路14受控关断，所述第五开关电路15和第六开关电路16受控导通，若所述接收端口耦合入干扰信号(图未示)，所述第五开关电路15和第六开关电路16可以为所述干扰信号提供至地路径，降低所述发射端口处干扰信号的幅度，进而改善所述差分收发射频开关100在发射模式下的隔离度；当所述第一开关电路11和第二开关电路12受控关断时，所述第三开关电路13和第四开关电路14受控导通，所述第五开关电路15和第六开关电路16受控关断，所述第五开关电路15和第六开关电路16为所述接收端口提供浮地，保证在接收模式下，所述差分收发射频开关100的插入损耗。

因此，从某种程度而言，所述差分收发射频开关100是可以解决以上所述的技术问题的。

针对以上所述的技术问题，本发明实施例也提出了一种差分收发射频开关，接收端口采用共并联结构，同样可以在保证差分收发射频开关的插入损耗的基础上，改善差分收发射频开关的隔离度。

为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

参见图2，图2为根据本发明实施例的一种差分收发射频开关200。所述差分收发射频开关200可以包括：发射端口(图中未标示)和接收端口(图中未标示)，所述发射端口与所述接收端口之间设置有天线端口(图中未标示)。所述发射端口的正端TX+经由第一开关电路21与所述天线端口的正端AN+连接，所述发射端口的负端TX-经由第二开关电路22与所述天线端口的负端AN-连接，所述天线端口的正端AN+经由第三开关电路23与所述接收端口的正端RX+连接，所述天线端口的负端AN-经由第四开关电路24与所述接收端口的负端RX-连接，各自形成数据信号(图未示)的传输通道。进一步而言，所述数据信号为差分信号，以提高数据信号传输的抗干扰特性。其中，所述天线端口可以为天线电路20的输出端口。所述天线电路可以采用现有技术中常规的天线电路，为了简化，此处不再展开介绍。

所述第一开关电路21的控制端与所述第二开关电路12的控制端均接收第一控制信号VG-TX，所述第三开关电路23的控制端和所述第四开关电路24的控制端均接收第二控制信号VG-RX。

所述差分收发射频开关200还可以包括：第五开关电路25，耦接于所述接收端口的正端RX+和所述接收端口的负端RX-之间，其控制端接收所述第一控制信号VG-TX。其中，当所述第二控制信号VG-RX控制所述第三开关电路23和第四开关电路24关断时，所述第一控制信号VG-TX控制所述第一开关电路21、第二开关电路22和第五开关电路25导通，此时，所述差分收发射频开关200工作于数据发射模式，所述数据信号在所述天线端口的功率增强的作用下，经由所述发射端口对外发射；当所述第二控制信号VG-RX控制所述第三开关电路23和第四开关电路24导通时，所述第一控制信号VG-TX控制所述第一开关电路21、第二开关电路22和第五开关电路25关断，此时，所述差分收发射频开关200工作于数据接收模式，所述数据信号在所述天线端口的解调下，由所述接收端口接收，并由所述射频终端中的其他部件做进一步处理。

在本发明实施例中，所述发射端口采用串联支路结构，所述接收端口采用共并联结构。当所述第一开关电路21和第二开关电路22受控导通时，所述第三开关电路23和第四开关电路24受控关断，所述第五开关电路25受控导通，若所述接收端口耦合入干扰信号(图未示)，所述第五开关电路25可以为所述干扰信号提供至地路径，但是，此地不是实地而是虚地，由于所述差分收发射频开关200所传输的数据信号为差分信号，所述干扰信号也为差分信号，根据差分信号的对称性，所述第五开关电路25的中间节点(图未示)表现为射频虚地，因此，可以降低所述发射端口处干扰信号的幅度，进而改善所述差分收发射频开关200在发射模式下的隔离度；当所述第一开关电路21和第二开关电路22受控关断时，所述第三开关电路23和第四开关电路24受控导通，所述第五开关电路25受控关断，所述第五开关电路25为所述接收端口提供浮地，保证在接收模式下，所述差分收发射频开关200的插入损耗。因此，所述差分收发射频开关200可以在保证其插入损耗的基础上，改善其隔离度。

参见图3，在具体实施中，所述第五开关电路25可以包括偶数个开关管，以提高所述差分收发射频开关200的耐压能力，可以满足对所述数据信号的高功率发射和接收。本实施例以图中所示出的开关管M1至M14作为示例代表所述多个开关管进行说明。

在所述偶数个开关管中，前一个开关管的输出端耦接后一个开关管的输入端，第一个开关管的输入端耦接所述接收端口的正端RX+，最后一个开关管的输出端耦接所述接收端口的负端RX-，所述偶数个开关管的控制端均耦接至所述第五开关电路25的控制端，所述偶数个开关管的衬底均耦接至参考端VB-TX。

需要说明的是，在所述第五开关电路25中，所述第一个开关管可以是开关管M1，所述最后一个开关管是开关管M14；也可以如图3所示出的情况：所述第一个开关管是开关管M14，所述最后一个开关管是开关管M1。

还需要说明的是，本发明实施例对所述参考端VB-TX的输入信号不进行特殊限制，只要输入至所述参考端VB-TX和第五开关电路25的控制端的信号能够匹配，可以按照前文所述的开关状态对所述第五开关电路25进行控制即可。例如，所述参考端VB-TX可以接地。

进一步而言，在图1所示的第五开关电路15、第六开关电路16和图3所示的第五开关电路25的电路结构完全相同的情况下，本发明实施例中接收端口的共并联支路结构方案可以使得上述干扰信号至地路径上的电阻缩小一半，更加显著地改善了差分收发射频开关的隔离度；同时可以节省一条并联支路(也即一个开关电路)的面积，使得电路面积降低约10％。

参见图4，在具体实施中，所述第五开关电路25包括的开关管的数量为M；在所述第五开关电路25中，N个开关管的衬底经由各自的浮体偏置电路(图中未标示)耦接至所述参考端VB-TX，所述浮体偏置电路的控制端耦接所述第五开关电路25的控制端，所述浮体偏置电路在其控制端接收到不同的电平时具有不同的阻抗；其中，M和N为偶数，且M＞N，例如M＝14，N＝10，但不限于此，可根据实际的电路指标需求进行设定。

当所述第五开关电路25受控关断时，所述第一开关电路21和第二开关电路22关断，所述第三开关电路23和第四开关电路24导通，所述差分收发射频开关300工作于接收模式，可以控制所述N个开关管对应的浮体偏置电路表现为开路或者相对较高的阻抗，以提供衬底浮空，以保证所述发射端口的插入损耗性能；当所述第五开关电路25受控导通时，所述第一开关电路21和第二开关电路22导通，所述第三开关电路23和第四开关电路24关断，所述差分收发射频开关300工作于发射模式，可以控制所述N个开关管对应的浮体偏置电路表现为短路或者相对较低的阻抗，所述浮体偏置电路可以为所述干扰信号提供耦合至地路径，可以改善所述发射端口的隔离度。

在具体实施中，所述开关管可以为NMOS管。所述浮体偏置电路可以包括：第一NMOS管N1。其中，所述第一NMOS管N 1的栅极耦接所述浮体偏置电路的控制端和所述第五开关电路25的控制端，也即耦接上述开关管M1至M14的栅极。所述N个开关管的衬底依次经由各自的第一NMOS管N1的源极和漏极耦接至所述参考端VB-TX。当所述开关管M1至M14导通时，所述第一NMOS管N 1导通，当所述开关管M1至M14关断时，所述第一NMOS管N 1关断。

需要说明的是，本发明实施例不限制N的具体数值，以及所述N个开关管在所述第五开关电路25中的位置。在所述开关管M1至M14中，对应于浮体偏置电路的所述N个开关管可以基于开关管M7和M8的中间点对称，也可以是非对称，当非对称时，所述第五开关电路25的虚地点仅发生偏移，但对本实施例的方案和技术效果不造成实质性影响。

优选地，如图4所示，从所述接收端口的正端RX+至所述接收端口的负端RX-，第(M-N)/2+1至第(M-N)/2+N个开关管为对应于所述浮体偏置电路的N个开关管，以M＝14，N＝10为例，也即第3至第12个开关管为所述N个开关管。将上述N个开关管设置为靠近所述开关管M7和M8的中间点，更加有利于改善所述浮体偏置电路对所述发射端口的隔离度和插入损耗。

继续参照图4，在具体实施中，所述第五开关电路25中的各个开关管的控制端经由各自的第一电阻R1耦接至所述第五开关电路25的控制端；在所述第五开关电路25中，所述N个开关管以外的其他开关管的衬底经由各自的第二电阻R2耦接至所述参考端VB-TX。

由于采用所述第一NMOS管N 1代替了所述第二电阻R2，因此，所述差分收发射频开关300具有更佳的面积优势。

进一步而言，对应于所述浮体偏置电路的所述N个开关管的控制端经由各自的栅偏置电路(图中未示出)耦接至所述第五开关电路25的控制端，所述栅偏置电路的控制端耦接所述N个开关管(也即图中的开关管M3至M12)的控制端，所述栅偏置电路在其控制端接收到不同的电平时具有不同的阻抗。

在本发明实施例中，所述栅偏置电路的阻抗与其对应的浮体偏置电路的阻抗一致，也即二者可以同时表现为开路或者短路，使得所述栅偏置电路对于所述N个开关管提供栅极对地路径或者提供栅浮空，可以在基本插入损耗性能的基础上，进一步改善差分收发射频开关300的隔离度。

在具体实施中，所述开关管为NMOS管；所述栅偏置电路可以包括：第二NMOS管(图中未示出)，所述第二NMOS管的栅极耦接所述N个开关管的控制端。

需要说明的是，由于图4中未示出所述栅偏置电路，因此，为了简化，图4中仅以所述第一电阻R1代替了所述栅偏置电路。

进一步而言，所述第五开关电路25中的各个开关管的源极和漏极之间耦接有第三电阻R3，为所述数据信号提供直流通路。

进一步而言，所述第五开关电路25中的各个第一电阻R1可以经由第四电阻R4耦接至第五开关电路25的控制端，所述第五开关电路25中的各个第二电阻R2可以经由第五电阻R5耦接至所述参考端VB-TX，所述第四电阻R4和所述第五电阻R5可以提供电阻匹配功能，并提高电路集成度。

在本发明实施例中，所述第一开关电路21、第二开关电路22、第三开关电路23、第四开关电路24各自可以包括单个晶体管或者串联设置的多个晶体管。本发明实施例以图4所示的情况为例进行说明，也即所述第一开关电路21、第二开关电路22、第三开关电路23、第四开关电路24各自包括开关管M1至M14。

在所述第一开关电路21、第二开关电路22、第三开关电路23、第四开关电路24中，所述开关管M1至M14的控制端经由各自的第一电阻R1耦接至所述开关管M1至M14所在的开关电路的控制端，所述开关管M1至M14的衬底经由各自的第二电阻R2耦接至所述开关管M1至M14所在的开关电路的参考端。

所述第一开关电路21、第二开关电路22、第三开关电路23和第四开关电路24中的所述开关管M1至M14的源极和漏极之间耦接有所述第三电阻R3。

进一步而言，所述第一开关电路21、第二开关电路22、第三开关电路23和第四开关电路24中的各个第一电阻R1可以经由第四电阻R4耦接至各自的控制端，所述第一开关电路21、第二开关电路22、第三开关电路23和第四开关电路24中的各个第二电阻R2可以经由第五电阻R5耦接至各自的参考端。

需要说明的是，所述第一开关电路21和第二开关电路22的参考端可以与所述第五开关电路25的参考端VB-TX一致；所述第三开关电路23和第四开关电路24的参考端一致，用VB-RX表示。在具体实施中，所述第一至第五开关电路的参考端均可以接地。

参见图5和图6，图5是图1所示的差分射频开关电路100和图4所示的差分射频开关电路300在相同频带下的插入损耗IL的对比仿真图，其中，差分射频开关电路100的仿真结果采用虚线表示，差分射频开关电路300的仿真结果采用实线表示。图6是与图5所示的对比仿真图处于相同条件下，图1所示的差分射频开关电路100和图4所示的差分射频开关电路300在发射模式下的隔离度Isolation的对比仿真图，其中，曲线Typical为差分射频开关电路100的仿真结果，曲线Novel为差分射频开关电路300的仿真结果。

从图中可以看出，差分射频开关电路100与本发明实施例差分射频开关电路300在在插入损耗方面，二者基本持平；但是，本发明实施例差分射频开关电路300相比于差分射频开关电路100，隔离度改善了超过7dB。

本发明实施例还公开一种射频终端，所述射频终端可以包括上述差分射频开关电路200或300。所述射频终端可以包括但不限于手机，平板电脑，基站，无线路由器等。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。