单刀单掷射频开关及其构成的单刀双掷射频开关和单刀多掷射频开关的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及集成电路领域，特别是涉及一种单刀单掷射频开关。本发明还涉及由所述单刀单掷射频开关构成的一种单刀双掷射频开关和一种单刀多掷射频开关。
【背景技术】
[0002]随着现代通信技术的深入发展通信设备正在向小型化和低能耗发展，这就要求通信设备内的每个组件都采用小型化设计，尽量控制器其尺寸、重量和厚度，同时也要尽量减少组件数量及组件功率消耗。
[0003]射频信号输入输出模块主要可实现对接收射频信号的低噪声放大和发射射频信号的功率推动等功能，是射频通信设备中不可或缺的组成部分，其中，单刀单掷开关和单刀多掷开关用以实现射频信号的信号流向控制等作用。在目前的微波通讯系统中，功率开关通常采用几种形式:(I)采用分立的硅材料的PIN 二极管，采用混合电路的方式实现，其缺点是体积大，工作频率窄且控制电路复杂。(2)采用砷化镓(GaAs)赝配高电子迀移率晶体管(pHEMT)单片开关，高电子迀移率晶体管开关具有体积小、应用频带宽等特点，但是，不易于和其它的射频电路做单芯片整合。(3)采用MOS器件的开关，有价格优势，适于和其它部分通信电路做片上集成，缺点是耐压和耐大功率的能力有限。除此之外，现有的功率开关还急需克服插入损耗大、隔离度不理想、输入输出驻波比大和开关响应时间长等缺点，随着现代通信技术的不断发展和人们对通信质量要求的日益苛刻，传统的功率开关已不能满足实际使用的需求。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种与现有单刀单掷射频开关相比较，提供更高隔离度，更好线性度，产生更少高次谐波的单刀单掷射频开关。
[0005]本发明要解决的另一技术问题是提供一种具有所述单刀单掷射频开关的与现有技术相比较在发射模式下能处理更高的通过功率，同时保持良好的线性性能的单刀双掷射频开关；以及，具有所述单刀双掷射频开关的一种单刀多掷射频开关。
[0006]为解决上述技术问题本发明提供的第一种单刀单掷射频开关，包括:
[0007]半导体开关器件T，其第一端通过第一电容Cl连接该单刀单掷射频开关第一端口Pl并通过第一电阻Rl连接第一状态控制信号输入端SI，其第二端通过第二电阻R2连接第二状态控制信号输入端S2，其第三端通过第四电阻R4接地，并通过串联的第一二极管Dl、第二二极管D2和第五电阻R5接地，其第四端通过第二电容C2连接该单刀单掷射频开关第二端口 P2并通过第三电阻R3连接第三状态控制信号输入端S3 ;
[0008]其中，第六电阻R6 —端连接于第一二极管Dl和第二二极管D2之间，第六电阻R6另一端接电源电压VDD，第一二极管Dl负极连接第二二极管(D2)负极；
[0009]第一电感LI跨接于第一电容Cl、半导体开关器件T和第二电容C2所组成串联电路的两端。
[0010]本发明提供的第二种单刀单掷射频开关在第一种单刀单掷射频开关的基础上，还包括跨接于半导体开关器件T第一端和第二端的二电感L2 ;即第二电感L2 —端跨接在第一电容C1和半导体开关器件τ之间，第二电感L2另一端跨接在半导体开关器件T和第二电容C2之间。
[0011]其中，第二种单刀单掷射频开关工作时，第一电感LI在该射频开关关断状态时参与并联谐振，第二电感L2在该射频开关导通状态时参与阻抗变换。
[0012]其中，所述半导体开关器件T为:PM0S、NMOS, HEMT或LDM0S。以NMOS为例，第一端是源极也可以是漏极，第二端是栅极，第三端是衬底，第四端是漏极也可以是源极。
[0013]本发明提供的单刀双掷射频开关，包括:
[0014]—发射臂，其第一端连接该单刀双掷射频开关的天线端P4，其第二端连接该单刀双掷射频开关的发射端P5 ;
[0015]一接收臂，其第一端连接该单刀双掷射频开关的接收端P3，其第二端连接该单刀双掷射频开关的天线端P4 ;
[0016]所述发射臂包括:本发明提供的第一种单刀单掷射频开关，该单刀单掷射频开关第一端口 Pl作为该发射臂的第一端，该单刀单掷射频开关第二端口 P2作为该发射臂的第
_-上山一栖;
[0017]所述接收臂包括:本发明提供的第二种单刀单掷射频开关，该单刀单掷射频开关第一端口 Pl通过第三电容C3连接低噪声放大器B，低噪声放大器B的输出端作为接收臂的第一端，该单刀单掷射频开关第二端口 P2作为接收臂的第二端；
[0018]其中，接收臂的第三电容C3和单刀单掷射频开关之间具有ESD器件接入点E，发射臂的第二端具有ESD器件接入点E，该单刀双掷射频开关的天线端P4具有ESD器件接入点E，上述各ESD接入点E其中任一处连接有ESD保护器件。
[0019]其中，所述ESD保护器件是ESD 二极管、ESD三极管或接地电感。
[0020]进一步优化所述单刀双掷射频开关，还包括并联开关SW，并联开关SW —端连接在接收臂低噪声放大器B和第三电容C3之间，另一端接地。并联开关SW实现的可用半导体开关器件为:PM0S、NMOS、HEMT 或 LDMOS。
[0021]本发明提供的单刀多掷射频开关，包括:
[0022]至少两个所述接收臂和一个所述发射臂；
[0023]每个接收臂的第一端连接该单刀多掷射频开关的接收端P3，每个接收臂的第二端连接该单刀多掷射频开关的天线端P4 ；
[0024]每个发射臂的第一端连接该单刀多掷射频开关的天线端P4，每个发射臂的第二端连接该单刀多掷射频开关的发射端P5。
[0025]其中，任一接收臂的第三电容C3和单刀单掷射频开关之间具有ESD器件接入点E，任一发射臂的第二端具有ESD器件接入点E，该单刀多掷射频开关的天线端P4具有ESD器件接入点E，上述各ESD接入点E其中任一处连接有ESD保护器件。
[0026]其中，所述ESD保护器件是ESD 二极管、ESD三极管或接地电感。
[0027]其中，每个接收臂还包括并联开关SW，并联开关SW —端连接在低噪声放大器B和第三电容C3之间，另一端接地，并联开关SW为:PM0S、NMOS、HEMT或LDMOS。
[0028]本发明提供的单刀单掷射频开关，第一端口 Pl和第二端口 P2是开关的输入和输出端口，半导体开关器件T作为开关管，控制射频开关的工作状态。第一电容Cl和第二电容C2是在收发状态时参与并联谐振的耦合电容。第一电感LI是在射频开关关断状态时参与并联谐振的电感，它跨接在两个耦合电容与开关管串联电路的两端。第二电感L2是在射频开关导通状态时参与阻抗变换的电感，它跨接在开关管的两端。R1、R2和R3是开关管的偏置电阻，由逻辑信号控制工作状态，同时对射频信号进行隔离；R4、R5和R6提供晶体管衬底正确的偏置。
[0029]发明结构工作原理:当SWlEN置为高电平，SWlENB置为低电平，开关管T关断，呈现出较小的关断电容Coff。第二电感L2和Coff并联，根据不同情况的取值，在工作频段内呈现为不同电抗值。它们再和第一电感LI并联，可以起到增加或减小总电感值的调节作用。此时单刀单掷射频开关处于导通状态，等效电路如图3所示。
[0030]当SWlEN置为低电平，SWlENB置为高电平，开关管T导通，呈现很小的导通电阻Ron，将第二电感L2短路，使之在当前状态下不起作用。同时导通的开关管T也将耦合电容第一电容Cl和第二电容C2短路成为串联连接，它们和电感第一电感LI形成并联谐振电路，使端口 Pl和P2之间被高阻抗隔离。单刀单掷射频开关处于高隔离度的关断状态，等效电路如图4所示。
[0031]由此可见，在发明结构中，半导体开关器件T的工作状态和控制逻辑，与整个射频开关的工作状态是相反的，这有利于收发射频开关的设计。
[0032]发明结构在第一电感LI和第二电感L2取值上有了更高的自由度。一般情况，第一电感LI的选取可以倾向于在发射状态时具有更好的接收臂隔离度；在第一电感LI取定后，根据低噪声放大器B需要的阻抗变换电感，由第二电感L2调整图3的呈现阻抗，可分为如下三种情况:
[0033]I)根据隔离度需要，如果第一电感LI选择了比较大的值，而在接收模式下，低噪声放大器B并不需要这么大的电感，那么可以将第二电感L2与Coff的谐振频率设计高于工作频段，这两者对于工作频段等效为一个较大的电感。和第一电感LI并联后，总有效电感值就可以被降低。
[0034]2)如果选取的第一电感LI的电感值比低噪声放大器B所需的阻抗匹配的电感值小，那么可以将第二电感L2与Coff的谐振频率设计低于工作频段，它们在工作频段内等效为一个电容。这个等效电容和第一电感LI并联，等效于增加了总电感。
[0035]3)如果选取的第一电感LI的电感值即低噪声放大器B所需的阻抗匹配的电感值，可以将第二电感L2与Coff的谐振频率设计在工作频段上，它们等效为一个开路或较大的漏电电阻，仅使第一电感LI在电路中起作用。
[0036]这样在各种设计情形下，发明结构的单刀单掷射频开关既是开关，也是低噪声放大器B匹配电路的一部分。第一电感LI和第二电感L2又可以独立选取，使射频开关分别工作于接收模式和发射模式的最佳状态。
[0037]发明结构中的耦合电容Cl和C2被设计为开关管T导通时与第一电感LI并联谐振，因此可以使用比现有结构的隔直电容更小的电容值，因此进一步减少芯片使用面积。
[0038]将本发明的单刀单掷射频开关作为单刀多掷射频开关的接收臂，可以由m个接收臂和η个发射臂组成(m多2，η多I)。由于单刀多掷射频开关中各个发射和接收臂都有横跨开关管与耦合电容的电感，因此对于直流和低频相当于多点短路，而这些点正是各自单独结构中ESD需要考虑的地方，在本发明的单刀多掷射频开关的开关中只要有一个ESD接入点放置带有ESD功能的器件，则整个电路都有ESD防护功能。
【附图说明】
[0039]下面结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明:
[0040]图1是本发明第一种单刀单掷射频开关一实施例的结