一种射频开关子单元及射频开关的制作方法

1.本实用新型涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种射频开关子单元及射频开关。


背景技术：

2.射频开关是当前无线通信系统的重要组成部分，其重要包括天线收发开关，分集天线开关和频段/模式开关。射频开关主流采用soi工艺，多使用部分耗尽型 (partially depleted，pd)器件，其又分为浮体(floating-body，fb)器件和体接触(body-contact，bc)器件两种，每一种器件又分有nfet和pfet两种晶体管。
3.其中，浮体(floating-body，fb)器件具有更低的插损，但大信号下谐波性能相对较差，而体接触(body-contact，bc)器件具有更好的线性度性能，但插损略大，且比fb器件需要多一个控制电位。为了降低插损和简化控制电路，目前常用的技术是在电路中设置体自偏置结构，以改善小信号插损。
4.但新增了体自偏置结构有如下技术问题，由于体自偏置结构内中加入了 gate-body的通路，在使用时，随着支路上堆叠(stack)数量的增多，级联的开关管上分配的压差趋于增大，在大信号下，此通路上指数增加的电流会导致开关管工作电位异常等情况，从而限制了电路的功率处理能力。


技术实现要素：

5.本实用新型提出一种射频开关子单元及射频开关，所述射频开关子单元及射频开关可以避免因信号增加而导致电流急速变大的问题，从而提高开关电路的功率处理能力。
6.本实用新型实施例的第一方面提供了一种射频开关子单元，所述射频开关子单元包括：第一开关管、第二晶体管、第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第一电容；
7.其中所述第一电阻的一端与所述第一开关管的体端连接，所述第一电阻的另一端与所述第二晶体管的源极端连接，所述第二电阻的一端与所述第一开关管的源极端连接，所述第二电阻的另一端与所述第一开关管的漏极端连接，所述第一电容的一端与所述第一开关管的源极端连接，所述第一电容的另一端与所述第一开关管的漏极端连接，以使所述第二电阻与所述第一电容并联，所述第一开关管的栅极端与所述第二晶体管的栅极端连接，所述第二晶体管的漏极端与所述第二晶体管的栅极端连接，所述第三电阻的一端与所述第一开关管的栅极端和所述第二晶体管的栅极端的连接端连接；
8.所述第一开关管的源极端与输入端或输出端连接，所述第一开关管的漏极端与输出端或输入端连接。
9.在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一开关管为bc nfet。
10.在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第二晶体管为pfet。
11.在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第二晶体管为fb pfet。
12.本实用新型实施例的第二方面提供了一种射频开关，包括包括n条电路，所述n条电路的任意一条电路由若干个如上所述的射频开关子单元连接组成，其中，每个所述射频
开关电路的一端分别与公共端连接，每个所述射频开关电路的另一端与接收端或发射端连接，其中，n为大于或等于2的正整数。
13.在第二方面的一种可能的实现方式中，所述射频开关电路包括串联支路和并联支路；
14.所述串联支路的一端与公共端连接，所述串联支路的另一端与发射端或接收端连接；
15.所述并联支路的一端与接收端或发射端连接，所述并联支路的另一端与控制电平连接；
16.所述串联支路和所述并联支路均由若干个如上所述的射频开关子单元的连接组成。
17.在第二方面的一种可能的实现方式中，所述串联支路包括m个如上所述的射频开关子单元，其中，m为大于或等于1的正整数；
18.第一个所述射频开关子单元的第一开关管的源极端与接收端连接，第一个所述射频开关子单元的第一开关管的漏极端与第二个所述射频开关子单元的第一开关管的源极端连接，第二个所述射频开关子单元的第一开关管的漏极端与第m个所述射频开关子单元的第一开关管的源极端连接，第m个所述射频开关子单元的第一开关管的漏极端与公共端连接。
19.在第二方面的一种可能的实现方式中，所述串联支路包括第四电阻；
20.所述第四电阻的一端分别与每一个所述射频开关子单元的第三电阻连接，所述第四电阻的另一端与控制电平端连接。
21.在第二方面的一种可能的实现方式中，所述并联支路包括k个如上所述的射频开关子单元，其中，k为大于或等于1的正整数；
22.第一个所述射频开关子单元的第一开关管的源极端与接收端或发射端连接，第一个所述射频开关子单元的第一开关管的漏极端与第二个所述射频开关子单元的第一开关管的源极端连接，第二个所述射频开关子单元的第一开关管的漏极端与第k个所述射频开关子单元的第一开关管的源极端连接，第k个所述射频开关子单元的第一开关管的漏极端与接地端连接。
23.在第二方面的一种可能的实现方式中，所述并联支路还包括第五电阻；
24.所述第五电阻的一端分别与每一个所述射频开关子单元的第三电阻连接，所述第五电阻的另一端与控制电平端连接。
25.相比于现有技术，本实用新型实施例提供的射频开关及射频开关，其有益效果在于：本实用新型在第一开关管m1的基体端与第二晶体管m2之间串接一个电阻rb，可以保证小信号的流通与处理不受影响，在此基础上，也可以避免因通路电流增大而降低功率处理能力，从而可以实现稳定输出功率的效果，同时在第一开关管m1上并联一个电容c1，可以为同一支路各级联的开关管在不同支路或不同数量上间电压均衡分配电压的作用，从而进一步增加输出功率的稳定性。
附图说明
26.图1是本实用新型一实施例提供的一种射频开关子单元的结构示意图；
27.图2是本实用新型一实施例提供的一种射频开关的结构示意图。
具体实施方式
28.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
29.目前新增的体自偏置结构有如下技术问题，由于体自偏置结构内中加入了 gate-body的通路，在使用时，随着支路上堆叠(stack)数量的增多，级联的开关管上分配的压差趋于增大，在大信号下，此通路上指数增加的电流会导致开关管工作电位异常等情况，从而限制了电路的功率处理能力。
30.为了解决上述问题，下面将通过以下具体的实施例对本技术实施例提供的一种射频开关进行详细介绍和说明。
31.参照图1，示出了本实用新型一实施例提供的一种射频开关子单元的结构示意图。
32.其中，作为示例的，所述射频开关子单元包括：第一开关管m1、第二晶体管m2、第一电阻rb、第二电阻r2、第三电阻r3以及第一电容c1；
33.其中所述第一电阻rb的一端与所述第一开关管m1的体端连接，所述第一电阻rb的另一端与所述第二晶体管m2的源极端连接，所述第二电阻r2的一端与所述第一开关管m1的源极端连接，所述第二电阻r2的另一端与所述第一开关管 m1的漏极端连接，所述第一电容c1的一端与所述第一开关管m1的源极端连接，所述第一电容c1的另一端与所述第一开关管m1的漏极端连接，以使所述第二电阻r2与所述第一电容c1并联，所述第一开关管m1的栅极端与所述第二晶体管 m2的栅极端连接，所述第二晶体管m2的漏极端与所述第二晶体管m2的栅极端连接，所述第三电阻r3的一端与所述第一开关管m1的栅极端和所述第二晶体管 m2的栅极端的连接端连接；
34.所述第一开关管m1的源极端与输入端或输出端连接，所述第一开关管m1 的漏极端与输出端或输入端连接。
35.在其中一种实施例中，所述第一开关管m1为bc nfet。
36.在其中一种实施例中，所述第二晶体管m2为pfet。
37.具体地，所述第二晶体管m2为fb pfet。
38.在使用时，电信号可以从第一开关管m1的源极端输入，再从第一开关管m1 的漏极端输出；也可以从第一开关管m1的的漏极端输入，再从第一开关管m1 的源极端输出。
39.在本实施例中，本实用新型实施例提供了一种射频开关子单元，其有益效果在于：本实用新型在第一开关管m1的体端(又称：body端)与第二晶体管 m2之间串接一个电阻rb，可以保证小信号的流通与处理不受影响，在此基础上，也可以避免因通路电流增大而降低功率处理能力，从而可以实现稳定输出功率的效果，同时在第一开关管m1上并联一个电容c1，可以为同一支路各级联的开关管在不同支路或不同数量(stack)上间电压均衡分配电压的作用，从而进一步增加输出功率的稳定性。
40.本实用新型实施例还提供了一种射频开关，参见图2，示出了本实用新型一实施例提供的一种射频开关的结构示意图。
41.其中，作为示例的，包括n条电路，所述n条电路的任意一条电路由若干个如上所述的射频开关子单元连接组成，其中，每个所述射频开关电路的一端分别与公共端连接，每个所述射频开关电路的另一端与接收端或发射端连接，其中，n为大于或等于2的正整数。
42.当n等于2时，该射频开关可以作单刀双掷开关使用，若n大于2时，该射频开关可以作为单刀多掷开关使用；
43.参照图2，所述射频开关电路包括串联支路和并联支路；
44.所述串联支路的一端与公共端连接，所述串联支路的另一端与发射端或接收端连接；
45.所述并联支路的一端与接收端或发射端连接，所述并联支路的另一端与控制电平连接；
46.所述串联支路和所述并联支路均由若干个如上述实施例所述的射频开关子单元的连接组成。
47.参照图2，所述串联支路包括m个如上述实施例所述的射频开关子单元，其中，m为大于或等于1的正整数；
48.第一个所述射频开关子单元的第一开关管的源极端与接收端连接，第一个所述射频开关子单元的第一开关管的漏极端与第二个所述射频开关子单元的第一开关管的源极端连接，第二个所述射频开关子单元的第一开关管的漏极端与第m个所述射频开关子单元的第一开关管的源极端连接，第m个所述射频开关子单元的第一开关管的漏极端与公共端连接。
49.在一可选的实施例中，所述串联支路包括第四电阻r4；
50.所述第四电阻r4的一端分别与每一个所述射频开关子单元的第三电阻连接，所述第四电阻r4的另一端与控制电平端连接。
51.参照图2，所述并联支路包括k个如上述实施例所述的射频开关子单元，其中，k为大于或等于1的正整数；
52.第一个所述射频开关子单元的第一开关管的源极端与接收端或发射端连接，第一个所述射频开关子单元的第一开关管的漏极端与第二个所述射频开关子单元的第一开关管的源极端连接，第二个所述射频开关子单元的第一开关管的漏极端与第k个所述射频开关子单元的第一开关管的源极端连接，第k个所述射频开关子单元的第一开关管的漏极端与接地端连接。
53.在另一可选的实施例中，所述并联支路还包括第五电阻r5；
54.所述第五电阻r5的一端分别与每一个所述射频开关子单元的第三电阻连接，所述第五电阻r5的另一端与控制电平端连接。
55.需要说明的是，m与k可以相同，也可以不相同。串联支路与并联支路的射频开关的数量可以相同，也可以不同，具体可以根据用户的实际需要进行调整。
56.在本实施例中，可以将开关工作的控制电平简化为ct1，ct2，nct1和nct2。其中，当n等于2时，与发射端(fr1)连接的串联支路中的开关管(简称串联管) 的栅极端(gate端)的控制电平ct1和与接收端(rf2)连接的并联支路的开关管 (简称并联管)的控制电平nct2相同；同理，与发射端(fr1)连接的并联支路中的开关管(简称并联管)的栅极端(gate端)的控制电平nct1和与接收端(fr2) 连接的串联支路的开关管(简称串联管)的控制电平ct1相
同，其ct1和ct2处于同一电位。
57.当某一通路工作时，例如，当其串联管导通时，gate端处于高电平，body 端略微正偏；该通路的并联管关断，其gate和body偏到负压，并随功率的增大，且并联管始终保持关断，保证开关的线性度，同理，另一通道的偏置电压也起到相同作用。开关管源漏间并联的电容用来平衡支路上电压的平均分配，body 端连接到fb pfet之间的电阻用来抑制电流的指数型增加。
58.当n大于2是，该射频开关可以作为单刀多掷(spnt)射频开关使用，其中 rf0为公共端口，rf1～rfn为n个射频通道，每个射频通道都由串联支路和并联支路组成。以第m个通道为例进行说明(1≤m≤n)。当通道rfm导通时，其串联支路的栅极控制电压ctm为高电平，并联支路的栅极控制电压为负压；同时其余通道的串联支路的栅极控制电压为负压，并联支路的栅极控制电压为高电平。
59.在此电位作用下，导通的通道的串联支路开启，射频信号可以通过，而并联支路截止，阻止射频信号通过；其余通道的串联支路截止，并联支路导通。由于截止的支路源极或漏极需要承受较大的电压摆幅，因为开关管弱导通以及寄生等因素的存在，支路上的每一个开关管上分配的电压会不平均，分配压差较大的开关管有击穿风险，因此开关管采用上述的射频开关子单元有利于电压的平均分配，防止体自偏置结构内中gate-body的通路电流的激增，从而提高开关的功率处理能力。
60.spnt射频开关在移动通信系统中常做天线收发开关，分集天线开关以及频段/模式开关，其中rf0为n个通道共同连接的公共端口，rf1～rfn为n个通道所接的对应的射频端口，开关通路中具体的信号流向由应用场景决定。
61.在本实施例中，本实用新型实施例提供了一种射频开关，其有益效果在于：本实用新型提出的电路结构可以有效减少通路上信号的泄漏，提高谐波性能，并且在自偏置通路上串接电阻后，可以大大改善此通路上大信号下电流急速增加的现象，从而保持晶体管能正常工作，大大增加了高功率下的信号处理能力。
62.以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。