用于控制收发通路切换的射频开关、射频系统和操作方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及电路，特别涉及但不限于一种适合在集成电路中应用的射频开关。以通过配置该射频开关中NMOS FET的工作状态，实现射频系统的天线端口连接到该射频系统的发射机端口或者接收机端口。
【背景技术】
[0002]通常，采用二极管来切换在发射机(TX)端口和接收机(RX)端口之间的RF端口(天线)。然而，二极管需要直流电流(DC)来进行运作，引入了直流功耗。此外，与二极管一起使用的电感为这些二极管提供了直流工作点。大尺寸的电感限制了二极管在收发机的开关中的应用。因此，需要一种装置，该装置可以设计成减少直流功耗并减小尺寸。
【发明内容】
[0003]根据本发明一实施例，一种开关和一种包括该开关的电路采用金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors,简称 MOSFETs)并被配置成与收发机一起工作。
[0004]在一实施方式中，上述开关包括第一器件、第一 NMOS FET、第二器件、第二 NMOSFET、接收机使能节点、发射机使能节点、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、电压源、第一电容和第二电容。上述第一器件的第一极与发射机端口连接，上述第一器件的第二极经由上述第一电阻与接收机使能节点连接，上述第一器件的第三极经由上述第一电容连接到地，上述第一器件的第四极经由上述第二电阻连接到地，上述第一器件的第三极还经由上述第九电阻与上述电压源连接。上述第一 NMOS FET的漏极与天线端口连接，上述第一 NMOS FET的栅极经由上述第三电阻与发射机使能节点连接，上述第一 NMOS FET的源极与发射机端口连接，上述第一NMOS FET的体端经由上述第四电阻连接到地。上述第二器件的第一极与上述天线端口连接，上述第二器件的第二极经由上述第五电阻与上述接收机使能节点连接，上述第二器件的第三极与接收机端口连接，上述第二器件的第四极经由上述第六电阻连接到地。上述第二 NMOS FET的漏极与上述接收机端口连接，上述第二 NMOS FET的栅极经由上述第七电阻与上述发射机使能节点连接，上述第二 NMOS FET的源极经由上述第二电容连接到地，上述第二 NMOS FET的体端经由上述第八电阻连接到地，上述第二 NMOS FET的源极还经由上述第十电阻与上述电压源连接。
[0005]在另一实施方式中，一种射频系统包括发射机；接收机；天线，该天线配置成发射来自上述发射机的信号、或者接收信号并传递给上述接收机；开关，该开关配置成切换上述发射机或上述接收机是否与上述天线通信连接。上述开关包括多个NMOS FET，上述NMOSFET配置成在上述发射机与上述接收机之间切换，上述开关还包括第一器件、第一 NMOSFET、第二器件、第二 NMOS FET、接收机使能节点、发射机使能节点、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、电压源、第一电容和第二电容。上述第一器件的第一极与发射机端口连接，上述发射机端口与上述发射机通信连接，上述第一器件的第二极经由上述第一电阻与接收机使能节点连接，上述第一器件的第三极经由上述第一电容连接到地，上述第一器件的第四极经由上述第二电阻连接到地，上述第一器件的第三极还经由上述第九电阻与上述电压源连接。上述第一 NMOSFET的漏极与天线端口连接，上述天线端口与上述天线通信连接，上述第一 NMOS FET的栅极经由上述第三电阻与发射机使能节点连接，上述第一 NMOS FET的源极与发射机端口连接，上述第一 NMOS FET的体端经由上述第四电阻连接到地。上述第二器件的第一极与上述天线端口连接，上述第二器件的第二极经由上述第五电阻与上述接收机使能节点连接，上述第二器件的第三极与接收机端口连接，上述第二器件的第四极经由上述第六电阻连接到地。上述第二 NMOS FET的漏极与上述接收机端口连接，上述接收机端口与上述接收机通信连接，上述第二 NMOS FET的栅极经由上述第七电阻与上述发射机使能节点连接，上述第二NMOS FET的源极经由上述第二电容连接到地，上述第二NMOS FET的体端经由上述第八电阻连接到地，上述第二 NMOS FET的源极还经由上述第十电阻与上述电压源连接。
[0006]在另一实施方式中，操作上述开关的方法包括以下步骤:在发射模式中，接通所述发射机端口 ；关闭所述接收机端口 ；将所述TXEN置为高电压(H);将所述RXEN置为低电压(L);关断所述第一器件和所述第二器件；以及导通所述第一 NMOS FET和所述第二 NMOSFET ;在接收模式中，关闭所述发射机端口 ；接通所述接收机端口 ；将所述TXEN置为低电压；将所述RXEN置为高电压；导通所述第一器件和所述第二器件；以及关断所述第一 NMOS FET和所述第二 NMOS FET。
[0007]本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于:
[0008]在开关中使用NMOS FET，没有电感被引入，减小了电路尺寸，并且NMOS FET在工作时不需要直流电流，减少了直流功耗。
[0009]进一步地，各电容放置于NMOS FET的各极之间，为各NMOS FET提供交流电流路径，提高了电路运作性能。
[0010]进一步地，采用具有位于P阱与P衬底之间的深N阱的NMOS FET，可以在P阱与P衬底之间形成良好的隔离。在这种结构下，若P阱经由电阻连接到地，而深N阱是浮动的，不管输入信号的振幅多大，都不能在地与源极之间或地与漏极之间形成信号路径。
【附图说明】
[0011]本发明的非限制性和非详尽的各实施例将参照下列附图进行说明，其中类似附图标记除详细说明外在各种视图中指示类似部件。
[0012]图1示出了根据本发明一实施例的射频系统10的结构框图。
[0013]图2A是示出了根据本发明一实施例的开关的电路图。
[0014]图2B是示出了根据本发明一实施例的开关的电路图。
[0015]图3是示出了根据本发明另一实施例的开关的电路图。
[0016]图4是示出了根据本发明一实施例的操作开关的方法的流程图。
[0017]图5是示出了根据本发明一实施例的深N阱中的NMOS FET的结构的剖视图。
[0018]图6是图5所示的结构的等效电路图。
【具体实施方式】
[0019]现将对本发明的各种方面和实例进行说明。以下的描述为了全面理解和说明这些实例而提供了特定细节。但是，本领域的技术人员可以理解，即使没有许多这些细节，也可以实施本发明。此外，一些公知结构或功能可能没有被示出或详细描述，以避免不必要地模糊相关说明。
[0020]图1示出了根据本发明一实施例的射频系统的结构框图。
[0021]射频系统10包括发射机(TX)、接收机(RX)、开关120和天线(ANT)。可以将发射机TX和接收机RX包含于射频(RF)收发机100中。发射机TX和接收机RX可以在收发机100中组合并共用公共电路和/或单个外壳。天线ANT发射来自发射机TX的信号，或接收信号并将该信号传递给接收机RX。开关120在第一模式(也称为发射模式)和第二模式(也称为接收模式)间切换，在第一模式中，发射机TX与天线ANT通信连接，而接收机RX从天线ANT断开，在第二模式中，接收机RX与天线ANT通信连接，而发射机TX从天线ANT断开。图1中所示的开关120是单刀双掷开关，可以转换与发射机TX和接收机RX的连接。开关120的各实施例可以如开关20A、20B或30来实施，这将在下面进一步描述。
[0022]可选地，系统10还可以包括功率放大器(PA) 110，该功率放大器110通信连接发射机TX与开关120并放大由该发射机TX输出的信号。
[0023]图2A是示出了根据本发明一实施例的开关20A的电路图。如图2A所示，该开关20A包括第一器件200、第一 NMOS场效应晶体管(FET) M22、第二器件210、第二 NMOS FETM26、接收机使能节点RXEN、发射机使能节点TXEN、第一电阻R20、第二电阻R21、第三电阻R22、第四电阻R23、第五电阻R24、第六电阻R25、第七电阻R26、第八电阻R27、第九电阻R28、第十电阻R29、电压源VC、第一电容C20和第二电容C22。该开关20A还可以包括发射机端口 TX PORT、接收机端口 RX PORT和天线端口 ANT PORT。需注意的是，由于射频信号从天线端口发射，天线端口也可以称为RF端口。
[0024]第一器件200的第一极与发射机端口 TX PORT连接，该发射机端口 TX PORT还与图1中所示的发射机TX通信连接。该第一器件200的第二极经由第一电阻R20与接收机使能节点RXEN连接。该第一器件200的第三极经由第一电容C20连接到地。该第一器件200的第四极经由第二电阻R21连接到地。该第一器件200的第三极还经由第九电阻R28与电压源VC连接。
[0025]第一 NMOS FET M22的漏极与天线端口 ANT PORT连接，该天线端口 ANT PORT还与图1中所示的天线ANT通信连接。第一 NMOS FET M22的栅极经由第三电阻R22与发射机使能节点TXEN连接。该第一 NMOS FET M22的源极与发射机端口 TX PORT连接。该第一 NMOSFET M22的体端经由第四电阻R23连接到地。
[0026]第二器件210的第一极与天线端口 ANT PORT连接。该第二器件210的第二极经由第五电阻R24与接收机使能节点RXEN连接。该第二器件210的第三极与接收机端口 RXPORT连接。该第二器件210的第四极经由第六电阻