射频开关电路、射频开关芯片以及无线通信设备的制作方法

1.本发明涉及电路设计技术领域，特别涉及一种射频开关电路、射频开关芯片以及无线通信设备。


背景技术：

2.射频开关主要用于控制射频信号传输路径以及信号大小，控制射频信号连接发射天线的通断，目前已经广泛地应用在无线通信、测量仪器以及雷达系统等领域。
3.目前，射频开关电路基本能够满足的射频通信需求；但是，现有的射频开关电路普遍存在因导电衬底和过大的寄生电容效应而导致开关的隔离度和线性度不够的问题，进而导致现有的射频开关电路的输出功率不能满足更高的使用要求。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中射频开关电路存在线性度以及输出功率不高，不满足实际使用需求的缺陷，目的在于提供一种射频开关电路、射频开关芯片以及无线通信设备。
5.本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
6.本发明提供一种射频开关电路，所述射频开关电路包括n个开关子电路，每个所述开关子电路对应一个射频信号输出端；其中，n≥1且取整数；
7.所述开关子电路包括串联开关单元和并联开关单元；
8.所述串联开关单元的信号输入端与所述射频开关电路的射频信号输入端电连接，所述串联开关单元的电压端与第一电压输入端电连接，所述串联开关单元的信号输出端分别与所述射频信号输出端和所述并联开关单元的信号输入端电连接，所述并联开关单元的电压端与第二电压输入端电连接，所述并联开关单元的信号输出端接地；
9.所述串联开关单元用于输出所述射频信号；
10.所述并联开关单元用于将输出所述射频信号中非活跃的信号阻滞至地；
11.其中，在同一时间，n个所述开关子电路只有一个所述开关子电路工作，其他n-1个所述开关子电路不工作；
12.所述开关子电路还包括第一反馈单元，所述第一反馈单元的一端与所述串联开关单元的信号输出端电连接，所述第一反馈单元的另一端与所述串联开关单元的电压端电连接；和/或，
13.所述开关子电路还包括第二反馈单元，所述第二反馈单元的一端与所述串联开关单元的信号输出端电连接，所述第二反馈单元的另一端与所述并联开关单元的电压端电连接。
14.较佳地，当所述开关子电路包括第一反馈单元时，所述第一反馈单元包括第一电感单元和第一电容单元；
15.所述第一电感单元的一端与所述串联开关单元的信号输出端电连接，所述第一电
感单元的另一端与所述第一电容单元的一端电连接，所述第一电容单元的另一端与所述串联开关单元的电压端电连接。
16.较佳地，所述第一电感单元包括一个第一电感，所述第一电容单元包括一个第一电容，所述第一电感的一端与所述第一电容的一端电连接，所述第一电感的另一端与所述串联开关单元的信号输出端电连接，所述第一电容的另一端与所述串联开关单元的电压端电连接；或，
17.所述第一电感单元包括至少两个第一电感，所述第一电容单元包括至少两个第一电容；
18.每个所述第一电感串联连接，每个所述第一电容串联连接，将串联后的多个所述第一电感的一端与串联后的多个所述第一电容的一端电连接，串联后的多个所述第一电感的另一端与所述串联开关单元的信号输出端电连接，串联后的多个所述第一电容的另一端与所述串联开关单元的电压端电连接。
19.较佳地，当所述开关子电路包括第二反馈单元时，所述第二反馈单元包括第二电感单元和第二电容单元；
20.所述第二电感单元的一端与所述串联开关单元的信号输出端电连接，所述第二电感单元的另一端与所述第二电容单元的一端电连接，所述第二电容单元的另一端与所述并联开关单元的电压端电连接。
21.较佳地，所述第二电感单元包括一个第二电感，所述第二电容单元包括一个第二电容，所述第二电感的一端与所述第二电容的一端电连接，所述第二电感的另一端与所述串联开关单元的信号输出端电连接，所述第二电容的另一端与所述并联开关单元的电压端电连接；或，
22.所述第二电感单元包括至少两个第二电感，所述第二电容单元包括至少两个第二电容；
23.每个所述第二电感串联连接，每个所述第二电容串联连接，将串联后的多个所述第二电感的一端与串联后的多个所述第二电容的一端电连接，串联后的多个所述第二电感的另一端与所述串联开关单元的信号输出端电连接，串联后的多个所述第二电容的另一端与所述并联开关单元的电压端电连接。
24.较佳地，当所述射频开关电路为m刀开关时，所述射频开关电路包括m个所述射频信号输入端；其中，m≥1且取整数。
25.较佳地，所述串联开关单元为第一nmos管(n型金属-氧化物半导体场效应晶体管)，所述第一nmos管的漏极与所述射频信号输入端电连接，所述第一nmos管的栅极与所述第一电压输入端电连接，所述第一nmos管的源极与所述射频信号输出端电连接；或，
26.所述串联开关单元为第一pmos管(p型金属-氧化物半导体场效应晶体管)，所述第一pmos管的源极与所述射频信号输入端电连接，所述第一pmos管的栅极与所述第一电压输入端电连接，所述第一pmos管的漏极与所述射频信号输出端电连接。
27.较佳地，所述并联开关单元为第二nmos管，所述第二nmos管的漏极与所述射频信号输出端电连接，所述第二nmos管的栅极与所述第二电压输入端电连接，所述第二nmos管的源极接地；或，
28.所述串联开关单元为第二pmos管，所述第二pmos管的源极与所述射频信号输出端
电连接，所述第二pmos管的栅极与所述第二电压输入端电连接，所述第二pmos管的漏极接地。
29.较佳地，当所述开关子电路工作时，所述串联开关单元的信号输入端输入射频信号、所述串联开关单元的电压端输入高电平且所述并联开关单元的电压端输入低电平。
30.本发明还提供一种射频开关芯片，所述射频开关设备包括上述的射频开关电路。
31.本发明还提供一种无线通信设备，所述无线通信设备包括上述的射频开关芯片。
32.较佳地，所述无线通信设备还包括控制单元；
33.所述控制单元与每个所述开关子电路中的所述第一电压输入端和所述第二电压输入端电连接；
34.所述控制单元用于根据预设条件控制所述第一电压输入端和所述第二电压输入端中的输入电压。
35.本发明的积极进步效果在于：
36.本发明中的射频开关电路包括n个开关子电路，每个开关子电路中设置串联开关单元、并联开关单元和反馈单元，通过串联开关单元输出射频信号，通过并联开关单元将非活跃的射频信号阻滞至地，增加开关的隔离度；通过反馈单元将输入的射频信号有选择性地前馈至电压端，滤除信号中的谐波部分，从而降低了开关自身产生的二次谐波和三次谐波，有效地增加了开关的线性度，进而增加了开关的最大输出功率，克服了现有的射频开关电路无法满足更高的使用需求的缺陷；另外，大幅度地降低了串联开关单元和并联开关单元的尺寸，从而降低了生产成本，具有广阔的实际应用前景。
附图说明
37.图1为本发明实施例1的射频开关电路的结构示意图。
38.图2为本发明实施例2的射频开关电路的第一电路示意图。
39.图3为本发明实施例2的射频开关电路的第二电路示意图。
40.图4为本发明实施例2的射频开关电路的第三电路示意图。
41.图5为本发明实施例2的射频开关电路的第四电路示意图。
42.图6为本发明实施例2的射频开关电路的第五电路示意图。
43.图7为本发明实施例2的射频开关电路的第六电路示意图。
44.图8为本发明实施例2的射频开关电路的第七电路示意图。
45.图9为本发明实施例2的射频开关电路的第八电路示意图。
46.图10为本发明实施例2的射频开关电路的第九电路示意图。
47.图11为本发明实施例2的射频开关电路的第十电路示意图。
48.图12为本发明实施例2的射频开关电路的第十一电路示意图。
49.图13为本发明实施例2的射频开关电路的第十二电路示意图。
50.图14为现有的射频开关电路的输出功率示意图。
51.图15为本发明实施例2的射频开关电路的输出功率示意图。
具体实施方式
52.下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实
施例范围之中。
53.实施例1
54.如图1所示，本实施例的射频开关电路包括n个开关子电路1，每个开关子电路1对应一个射频信号输出端rfout；其中，n≥1且取整数。
55.其中，当射频开关电路为m刀开关时，射频开关电路包括m个射频信号输入端rfin；其中，m≥1且取整数。
56.开关子电路1包括串联开关单元2和并联开关单元3；
57.具体地，串联开关单元2的信号输入端与射频开关电路的射频信号输入端rfin电连接，串联开关单元2的电压端与第一电压输入端电连接，串联开关单元2的信号输出端分别与射频信号输出端rfout和并联开关单元3的信号输入端电连接，并联开关单元3的电压端与第二电压输入端电连接，并联开关单元3的信号输出端接地。
58.其中，在同一时间，n个开关子电路1只有一个开关子电路1工作，其他n-1个开关子电路1不工作。
59.当开关子电路1工作时，串联开关单元2的信号输入端输入射频信号、串联开关单元2的电压端输入高电平且并联开关单元3的电压端输入低电平，串联开关单元2用于输出射频信号，并联开关单元3用于将输出射频信号中非活跃的信号阻滞至地，从而增加开关的隔离度。
60.开关子电路1还包括第一反馈单元4，第一反馈单元4的一端与串联开关单元2的信号输出端电连接，第一反馈单元4的另一端与串联开关单元2的电压端电连接；和/或，
61.开关子电路1还包括第二反馈单元5，第二反馈单元5的一端与串联开关单元2的信号输出端电连接，第二反馈单元5的另一端与并联开关单元3的电压端电连接。
62.本实施例中，射频开关电路包括n个开关子电路，每个开关子电路中设置串联开关单元、并联开关单元和反馈单元，通过串联开关单元输出射频信号，通过并联开关单元将非活跃的射频信号阻滞至地，增加开关的隔离度；通过反馈单元将输入的射频信号有选择性地前馈至电压端，滤除信号中的谐波部分，从而降低了开关自身产生的二次谐波和三次谐波，有效地增加了开关的线性度，进而增加了开关的最大输出功率，克服了现有的射频开关电路无法满足更高的使用需求的缺陷。
63.实施例2
64.如图2所示，本实施例的射频开关电路是对实施例1的进一步改进，具体地：
65.串联开关单元2为第一nmos管q1，第一nmos管q1的漏极与射频信号输入端rfin电连接，第一nmos管q1的栅极与第一电压输入端vc1电连接，第一nmos管q1的源极与射频信号输出端rfout电连接；或，
66.串联开关单元2为第一pmos管q2，第一pmos管q2的源极与射频信号输入端rfin电连接，第一pmos管q2的栅极与第一电压输入端vc1电连接，第一pmos管q2的漏极与射频信号输出端rfout电连接。
67.并联开关单元3为第二nmos管q3，第二nmos管q3的漏极与射频信号输出端rfout电连接，第二nmos管q3的栅极与第二电压输入端vc2电连接，第二nmos管q3的源极接地；或，
68.串联开关单元2为第二pmos管q4，第二pmos管q4的源极与射频信号输出端rfout电连接，第二pmos管q4的栅极与第二电压输入端vc2电连接，第二pmos管q4的漏极接地。
69.当开关子电路1还包括第一反馈单元4时，第一反馈单元4包括第一电感单元6和第一电容单元7，如图2所示，此时射频开关电路为单刀单掷开关，n＝1。
70.第一电感单元6的一端与串联开关单元2的信号输出端电连接，第一电感单元6的另一端与第一电容单元7的一端电连接，第一电容单元7的另一端与串联开关单元2的电压端电连接。如图3所示，此时射频开关电路为单刀双掷开关，n＝2。
71.当射频开关电路为单刀单掷开关，如图4所示，第一电感单元6包括一个第一电感l1，第一电容单元7包括一个第一电容c1，第一电感l1的一端与第一电容c1的一端电连接，第一电感l1的另一端与串联开关单元2的信号输出端电连接，第一电容c1的另一端与串联开关单元2的电压端电连接。如图5所示，此时射频开关电路为单刀双掷开关，n＝2。
72.或，第一电感单元5包括至少两个第一电感l1，第一电容单元6包括至少两个第一电容c1；
73.每个第一电感l1串联连接，每个第一电容c1串联连接，将串联后的多个第一电感l1的一端与串联后的多个第一电容c1的一端电连接，串联后的多个第一电感l1的另一端与串联开关单元2的信号输出端电连接，串联后的多个第一电容c1的另一端与串联开关单元2的电压端电连接。
74.当开关子电路1还包括第二反馈单元5时，如图6所示，第二反馈单元5包括第二电感单元8和第二电容单元9，此时射频开关电路为单刀单掷开关，n＝1。
75.第二电感单元8的一端与串联开关单元2的信号输出端电连接，第二电感单元8的另一端与第二电容单元9的一端电连接，第二电容单元9的另一端与并联开关单元3的电压端电连接。如图7所示，此时射频开关电路为单刀双掷开关，n＝2。
76.具体地，当射频开关电路为单刀单掷开关，如图8所示，第二电感单元8包括一个第二电感l2，第二电容单元9包括一个第二电容c2，第二电感l2的一端与第二电容c2的一端电连接，第二电感l2的另一端与串联开关单元2的信号输出端电连接，第二电容c2的另一端与并联开关单元3的电压端电连接。如图9所示，此时射频开关电路为单刀双掷开关，n＝2。
77.或，第二电感单元8包括至少两个第二电感l2，第二电容单元9包括至少两个第二电容c2。
78.每个第二电感l2串联连接，每个第二电容c2串联连接，将串联后的多个第二电感l2的一端与串联后的多个第二电容c2的一端电连接，串联后的多个第二电感l2的另一端与串联开关单元2的信号输出端电连接，串联后的多个第二电容c2的另一端与并联开关单元3的电压端电连接。
79.当开关子电路1还包括第一反馈单元4和第二反馈单元5时，如图10所示，第一反馈单元4包括第一电感单元5和第一电容单元6；此时射频开关电路为单刀单掷开关，n＝1。
80.第一电感单元5的一端与串联开关单元2的信号输出端电连接，第一电感单元5的另一端与第一电容单元6的一端电连接，第一电容单元6的另一端与串联开关单元2的电压端电连接。第二反馈单元5包括第二电感单元8和第二电容单元9。
81.第二电感单元8的一端与串联开关单元2的信号输出端电连接，第二电感单元8的另一端与第二电容单元9的一端电连接，第二电容单元9的另一端与并联开关单元3的电压端电连接。如图11所示，此时射频开关电路为单刀双掷开关，n＝2。
82.当射频开关电路为单刀单掷开关，如图12所示，第一电感单元5包括一个第一电感
l1，第一电容单元6包括一个第一电容c1，第一电感l1的一端与第一电容c1的一端电连接，第一电感l1的另一端与串联开关单元2的信号输出端电连接，第一电容c1的另一端与串联开关单元2的电压端电连接。
83.第二电感单元8包括一个第二电感l2，第二电容单元9包括一个第二电容c2，第二电感l2的一端与第二电容c2的一端电连接，第二电感l2的另一端与串联开关单元2的信号输出端电连接，第二电容c2的另一端与并联开关单元3的电压端电连接。如图13所示，此时射频开关电路为单刀双掷开关，n＝2。
84.另外，可以根据实际需求，第一电感单元5包括至少两个第一电感l1，第一电容单元6包括至少两个第一电容c1；
85.每个第一电感l1串联连接，每个第一电容c1串联连接，将串联后的多个第一电感l1的一端与串联后的多个第一电容c1的一端电连接，串联后的多个第一电感l1的另一端与串联开关单元2的信号输出端电连接，串联后的多个第一电容c1的另一端与串联开关单元2的电压端电连接。
86.第二电感单元8包括至少两个第二电感l2，第二电容单元9包括至少两个第二电容c2；
87.每个第二电感l2串联连接，每个第二电容c2串联连接，将串联后的多个第二电感l2的一端与串联后的多个第二电容c2的一端电连接，串联后的多个第二电感l2的另一端与串联开关单元2的信号输出端电连接，串联后的多个第二电容c2的另一端与并联开关单元3的电压端电连接。
88.本实施例中的反馈单元由电感和电容组成，能够有效地改善串联开关单元和并联开关单元的非线性，增加了开关的线性度，从而能够有效地提高射频开关电路的输出功率能力。其中，并联开关单元的电感的电感值和电容的电容值远大于串联开关单元的电感的电感值和电容的电容值。
89.另外，可以根据实际应用频率的需求，灵活地调节反馈单元中电容和电感以满足应用频率的需求，提高了射频开关电路的使用性能。
90.还可以根据串联开关单元和并联开关单元中晶体管的尺寸大小、不同应用场景的应用频率以及第一电压输入端和第二电压输入端的电压控制方式等参数采用ads(一种仿真软件)等进行仿真并获取仿真结果，该仿真结果为对反馈电路中的电感和电容进行微调值。在成品后，用户可以根据实际需求，采用激光修补的方式对反馈电路中的电感和电容进行调节以实现输出更高的输出功率。
91.本实施例的射频开关电路与传统的射频开关电路相比，对应的效果数据如下：
92.如图14所示，为传统的射频开关电路的输出功率情况，可以得知，该射频开关电路的输入1db功率压缩点是34.7dbm。其中横轴表示输入1db功率压缩点对应的输出功率，纵轴表示增益。
93.如图15所示，为本实施例的射频开关电路的输出功率情况，可以得知，该射频开关电路的输入1db功率压缩点是39.9dbm，即比传统的射频开关电路的输出功率提高了5.2db，从而有效地提高了开关的最大输出功率。
94.另外，本实施例中，射频开关电路还可以为单刀多掷(此时m＝1)、双刀双掷(此时m＝3)或多刀多掷开关(此时m≥3)等，其中的每个开关子电路的电路结构以及工作原理均与
上述内容类似，因此此处就不再赘述。
95.本实施例中的新型射频开关电路适用于soi(绝缘衬底上的硅)，也可以适用以gaas(砷化镓)为基础的phemt(对高电子迁移率晶体管)；另外，还具有电路设计成本较低的优点，适用于大规模生产，具有广阔的应用前景。
96.本实施例中，射频开关电路包括n个开关子电路，每个开关子电路中设置串联开关单元、并联开关单元和反馈单元，通过串联开关单元输出射频信号，通过并联开关单元将非活跃的射频信号阻滞至地，增加开关的隔离度；通过反馈单元将输入的射频信号有选择性地前馈至电压端，滤除信号中的谐波部分，从而降低了开关自身产生的二次谐波和三次谐波，有效地增加了开关的线性度，进而增加了开关的最大输出功率，克服了现有的射频开关电路无法满足更高的使用需求的缺陷；另外，大幅度地降低了串联开关单元和并联开关单元的尺寸，从而降低了生产成本，具有广阔的实际应用前景；还可以拓展成任意的单刀多掷、双刀双掷或多刀多掷开关，进一步地提升了射频开关电路的使用性能。
97.实施例3
98.本实施例的射频开关芯片包括实施例1或2中任意一个实施例的射频开关电路。
99.本实施例的射频开关芯片具有较高的开关线性度和开关最大输出功率，提高了现有的射频开关芯片的使用性能。
100.实施例4
101.本实施例的无线通信设备包括实施例3中的射频开关电路。
102.本实施例的无线通信设备还包括控制单元，控制单元与每个开关子电路1中的第一电压输入端vc1和第二电压输入端vc2电连接。
103.控制单元用于根据预设条件控制第一电压输入端vc1和第二电压输入端vc2中的输入电压。根据不同的使用需求生成不同的控制信号以控制不同的开关子电路工作，具体是控制该开关子电路中的第一电压输入端vc1和第二电压输入端vc2中的输入电压。
104.本实施例的无线通信设备根据实际需求通过控制单元控制不同的开关子电路输出射频信号，集成的射频开关芯片具有较高的开关线性度和开关最大输出功率，提高了现有的无线通信设备的使用性能。
105.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。