专利名称：包括场效应晶体管的天线开关的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及无线通信，更具体地说，涉及天线开关。
背景技术：
最近，对小型集成无线装置的需求日增。不幸的是，把较高的性能、更多功能和业务集成在单个无线装置上并不自然而然地有助于同时缩小所述装置的尺寸。结果是，无线装置的制造和开发总是试图例如通过缩小现有的部件的尺寸来把更多的部件装入较小的外壳内。另外，随着所述装置内部件数量的增加，外壳内缺乏空间可能使损耗电损耗增大。
传统的无线终端一般都配备有开关电路，使无线终端能够在无线终端的发射方式和接收方式之间切换，亦即，天线切换。传统天线开关的操作一般分为两个由设置在无线终端内的两个分立的部件提供的两个单独的级。第一级是天线开关的放大级，例如，由功率放大器提供，而第二级是天线开关的开关级，它在与天线开关相联系的天线的发射方式和接收方式之间切换。
发明概要按照本发明的某些实施例，收发机电路包括与天线输入/输出节点耦合的发射放大器。发射放大器配置成放大要从收发机电路发射的通信信号。收发机电路还包括接收机和场效应晶体管。接收机包括与天线输入/输出节点耦合的接收机输入端。场效应晶体管耦合在接收机输入端和电基准点之间。场效应晶体管配置成在接收机输入端接收通信时提供开路，而在接收机输入端不接收通信时提供通路。
按照本发明附加的实施例，收发机电路包括隔离装置，所述隔离装置耦合在发射放大器和天线输入/输出节点之间以及发射放大器和接收机输入端之间。偏压电路耦合到天线输入/输出节点。偏置电路配置成当从发射放大器发送通信时在隔离装置上提供低阻抗，而当不从发射放大器发送通信时在隔离装置上提供高阻抗。
附图的简短描述
图1是按照本发明某些实施例的无线终端的透视图。
图2是在图1的按照本发明的某些实施例的无线终端内电子部件配置的示意的方框图。
图3是按照本发明的某些实施例的收发机方框图。
图4是按照本发明某些实施例的用于收发机的传输线示意图。
图5是曲线图，举例说明按照本发明的某些实施例的基片电阻与损耗(dB)的关系。
图6是按照本发明某些实施例的包括在收发机中的开关电路的示意的方框图。
图7是按照本发明的某些实施例的收发机的方框图。
图8A和8B是按照本发明的某些实施例的包括在收发机内的偏电路置和电感元件电路的示意的方框图。
图9A和9B是按照本发明的某些实施例的包括在收发机内的偏电路置和电感元件电路的示意的方框图。
图10是按照本发明的某些实施例的包括开关电路和偏置电路的收发机的示意的方框图。
本发明的实施例的详细说明现将参照其中表示本发明实施例的附图更充分地描述本发明。但是，本发明可以用不同的形式实施，因而不应解释为限于在这里提出的实施例；之所以提供这些实施例是为了使本公开透彻和完全，充分地向本专业的技术人员传达本发明的概念。附图中，说一个元件″耦合″或″连接″到另一个元件时，它可以直接耦合或连接到另一个元件或可以存在中间元件。反之，说一个元件″直接耦合″或″直接连接″到另一个元件时，就不存在中间元件。相似的标号全都指相似的部分。
现将在下面参照图1至10描述本发明的实施例。本发明的实施例提供天线开关，所述天线开关与通信装置，例如无线终端用的放大器集成在同一集成电路芯片上，诸如同一集成电路半导体基片上。具体地说，可以设置包括场效应晶体管(FET)的天线开关，所述场效应晶体管配置成把无线终端从发射放大器发送通信切换到在接收机接收通信。按照本发明的某些实施例配置成开关的FET响应电压控制信号而被激励和/或去激励，而不像传统的天线开关中用的开关电路，例如，PIN二极管，响应电流控制信号而被激励和/或去激励。使用例如PIN二极管作为天线装置中的开关的示例性装置在Brandt的美国专利No.6,332,071中作了讨论，所述公开整个附此作参考。按照本发明的某些实施例的天线开关响应电压控制信号而运行，使得所述开关可以不拉出很大的电流，相对于传统的天线开关，这些装置的性能特性得以改善。按照本发明的某些实施例，开关可以与单一芯片上的发射放大器组合，从而提供较小的集成封装，相对于现有的天线开关，可以是效能价格更合算的。
本发明的其他实施例涉及对包括在无线终端中的例如PIN二极管的隔离电路的偏置，以便允许当从所述发射放大器发送通信时允许射频(RF)信号从发射放大器流向天线。
按照本发明的某些实施例的包括场效应晶体管(FET)的天线开关可以安装在无线终端，例如在图1举例说明的无线终端10中。如在这里使用的，术语″移动终端″或″无线终端″可以包括蜂窝无线电话，带或不带多行显示器；个人通信系统(PCS)终端，它可以把蜂窝无线电话与数据处理、传真和数据通信能力结合起来；个人数据助理(PDA)，它可以包括无线电话、传呼机、互联网/企业网访问、Web浏览器、组织器、日历和/或全球定位系统(GPS)接收机；和/或传统的膝上和/或掌上计算机接收机或包括无线电收发机的其它设备。
如举例说明的，无线终端10可以包括外壳12。外壳12可以包括顶部13和连接到顶部13的底部14，从而其内形成一个空穴。顶部和底部外壳部分13、14可以装有用户接口15，后者可以包括多个键16、显示器17和/或允许无线终端10发射和接收通信信号的电子部件(未示出)。
应该明白，尽管按照本发明的某些实施例的天线开关这里是就无线终端描述的，但是本发明的实施例不限于这样的一种配置。例如，按照本发明某些实施例的天线开关可以用在固定终端上，例如，无线通信系统用的基站内。
现将在下面参考图2，讨论按照本发明某些实施例的使无线终端能够发射和接收无线终端通信信号的电子部件的配置。如举例说明的，接收和/或发射无线终端通信信号的天线22电连接到射频(RF)收发机24，后者电连接到控制器25，诸如微处理器。控制器25电连接到扬声器26，后者配置成从控制器25向无线终端一个用户发送信号。控制器25还电连接到微音器27，后者从用户接收语音信号，并通过控制器25和收发机把所述语音信号发送到远程装置。控制器25电连接到便于无线终端操作的小键盘15和显示器17。按照本发明的某些实施例的天线开关可以安装在无线终端的收发机(例如图2的收发机24)中。
通信装置专业的技术人员将会明白，天线是一种可以用于电磁信号的发射和/或接收的装置。在发射过程中，天线可以从传输线接受能量并将这种能量辐射到空间。在接收过程中，天线可以从入射波采集能量，并向传输线提供能量。从天线辐射或从天线接收的功率的数量一般表达为增益。
现将参考图3，讨论包括按照本发明的某些实施例的天线开关的收发机300的方框图。应该明白，在不脱离本发明的传授的情况下，按照本发明实施例的收发机可以安装在例如数字互补金属氧化物半导体(CMOS)芯片、射频(RF)专用IC(ASIC)、CMOS控制ASIC等等中。如在图3举例说明的，四个接收机信号途径A、B、C和D连接到选频电路350。四个接收信号途径中的每一个都可以专用于一个不同的频带。例如，信号途径A和B可以专用于具有高频带的信号，例如1800MHz频带。1800兆赫频带可以对应于分配给个人通信系统(PCS)码分多址(CDMA)的频率。相应地，第一高频带信号途径A可以分配给PCS CDMA频带中的第一组信道，而第二高频带路径B可以分配给PCS CDMA频带中的第二组信道。类似地，信号途径C和D可以专用于具有低频带，例如，800-830兆赫频带的信号。800-830兆赫频带分配给蜂窝CDMA。相应地，第一低频带信号途径C可以分配蜂窝CDMA信道的800-815MHz频带，而第二低频带信号途径D可以分配给蜂窝CDMA信道的815-830MHz频带。应该明白，这些频率只是为示例性的目的而提供的，本发明的实施例不限于这些频率。
选频电路350耦合到天线380。选频电路350还耦合在第一天线输入/输出节点390和第二输入端/输出节点391之间。所述选频电路配置成把第一频带的频率耦合到第一天线输入/输出节点390和/或耦合来自第一天线输入/输出节点390的第一频带频率以及把第二频带的频率耦合到第二天线输入/输出节点391和/或耦合来自第二天线输入/输出节点391的第二频带频率。选频电路350的使用可以例如允许天线开关支持多频带天线。选频电路350可以是例如天线共用器，可以以配置成通过某些频带的一系列滤波器的形式来实现所述天线共用器。
如上面讨论的，所述上两个接收机信号途径A和B以及第一发射放大器301的第一发射机信号途径E耦合到第一天线输入/输出节点390。类似地，所述下两个接收机信号途径C和D以及第二发射放大器302的第二发射机信号途径F耦合到第二天线输入/输出节点391。
现将同时讨论第一和第二高频带接收机信号途径A和B，因为它们包括类似的部件。应该明白，第一和第二高频带接收机信号途径A和B中的部件可以有不同的值，以便补偿与每一个路径相联系的不同频率。如在图3举例说明的，接收机信号途径A和B的接收机部件和块全部都耦合到第一天线输入/输出节点390。如在图3中还举例说明的，第一发射机路径E也耦合到第一天线输入/输出节点390。应该明白，第一发射放大器301可以耦合到附加线路，所述附加线路与位于移动终端内的其它部件(例如图2的控制器25)接口/通信。第一发射放大器301配置成放大要从无线终端发射的通信。
第一发射放大器301的输出端可以连接到电感元件L2的第一端。电感元件L2的第二端可以连接到电容器C1的第一端，而电容器C1的第二端可以连接到电基准点(例如，地电位)。如在这里使用的，电基准点可以包括正电压、负电压、地电位等。另外，可以由电源电压Vs通过高值电感元件LI向第一放大器301馈电。Vs可以是例如向无线终端提供电源的电池组的电压。
电感元件L2的第二端和电容器C1的第一端还可以连接到隔离装置，例如第一PIN二极管310。例如当无线终端在接收机370或371接收通信时，第一PIN二极管310可以把第一发射放大器301与天线输入/输出节点390隔离。换句话说，第一PIN二极管310可以起发送开关的作用。应该明白，尽管在这里以PIN二极管举例说明隔离装置，但隔离装置不限于此配置。例如，在不脱离本发明的传授的情况下，所述隔离装置可以例如用传输线或电感元件实现。
PIN二极管310的输出端连接到天线输入/输出节点390。电容器C7和低通滤波器360可以串联在天线输入/输出节点390和选频电路350之间。电容器C3、C4连接在天线输入/输出节点和地之间。传输线320、321和电容器C30、C31与电容器Cds串联在天线输入/输出节点390和地之间。在高频带中，传输线320、321可以是例如1/4波长(或1/4波长的任意倍数)。应该明白，按照本发明的某些实施例的传输线可以包括例如微带、电感元件等等。
传输线320、321和开关电路330、331串联在天线输入/输出节点390和电基准点(诸如地电位)之间。开关电路330、331响应来自栅极控制器340、341的控制信号而运行，而接收机370、371的输入端耦合到传输线320、321和开关电路330、331之间的节点Q、R。应该明白，接收机370、371可以是包括使通信信号能够被无线终端接收机接收的线路的接收机端口并且与无线终端中的附加线路(例如图2的控制器25)连接。开关电路330、331使无线终端能够在接收机370、371处接收通信和从发射放大器301发送通信之间切换。应该明白，按照本发明的某些实施例的无线终端还可以空闲，亦即，不发射或不接收通信。在无线终端空闲的实施例中，开关电路330、331可以配置成就像是正在从发射放大器发送信息一样。下面还将参照图6讨论按照本发明的某些实施例的开关电路。
现将同时讨论第一和第二低频带接收机信号途径C和D，因为它们包括类似的部件。应该明白，第一和第二低频带接收机信号途径C和D可以具有不同的值，以便补偿与每一个路径相联系的不同的频率。如在图3举例说明的，信号途径C和D的部件和块全部都耦合到第二天线输入/输出节点391。如在图3中还举例说明的，第二发射机路径F也耦合到第二天线输入/输出节点391。应该明白，第二发射放大器302可以耦合到与位于移动终端中的其它部件连接/通信的附加线路(例如图2的控制器25)。第二发射放大器302配置成放大要从无线终端发射的通信。
第二发射放大器302的输出端可以连接到电感元件L4的第一端。电感元件L4的第二端可以连接到电容器C2的第一端，而电容器C2的第二端连接到电基准点(例如地电位)。如在这里使用的，电基准点可以包括正电压、负电压、地电位等。另外，第二放大器302可以由电源电压Vs通过高值电感元件L3供电。Vs可以是例如向无线终端提供电源的电池组的电压。
电感元件L4的第二端和电容器C2的第一端还可以连接到隔离装置，例如，第二PIN二极管311。当无线终端在接收机372或373接收通信时，第二PIN二极管311例如可以使第二发射放大器302与天线输入输出节点391隔离。换句话说，第二PIN二极管311可以起发射开关的作用。应该明白，尽管在这里以PIN二极管举例说明所述隔离装置，但是隔离装置不限于此配置。例如在不脱离本发明的传授的情况下，隔离装置可以通过例如传输线或电感元件来实现。
PIN二极管311的输出端连接到天线输入/输出节点391。电容器C8和低通滤波器361可以串联在天线输入/输出节点391和选频电路350之间。电容器C5、C6连接在天线输入/输出节点和地之间。传输线322、323和电容器C32、C33与电容器Cds串联在天线输入/输出节点391和诸如地电位等电基准点之间。传输线322、323可以例如是低频带中的1/4波长(或其倍数)。应该明白，按照本发明的某些实施例，传输线可以包括例如微带、电感元件等等。
传输线322、323和开关电路332、333串联在天线输入/输出节点391和诸如地电位等电基准点之间。开关电路332、333响应来自栅极控制器342、343的控制信号而运行，而接收机372、373的输入端耦合到传输线322、323和开关电路332、333之间的节点S、T。应该明白，接收机372、373可以是包括使通信信号能够被无线终端接收机接收的线路的接收机端口并且与所述无线终端中附加线路(例如图2的控制器25)连接。开关电路322、323使无线终端能够在接收机372、373接收通信和从发射放大器302发送通信之间切换。应该明白，按照本发明的某些实施例的无线终端还可以空闲，亦即，不发射或不接收通信。在无线终端空闲的实施例中，开关电路332、333可以配置成就像是它正在从发射放大器发送信息一样。下面还将参照图6讨论按照本发明的某些实施例的开关电路。
应该明白，尽管在这里讨论的本发明的实施例包括两个发射放大器301和302和通过天线共用器350耦合到单个天线380的四个接收器370、371、372和373，但是本发明的实施例不限于所述配置。在不脱离本发明的传授的情况下，按照本发明某些实施例的收发机可以包括或多或少的发射放大器和/或接收器。
当无线终端从发射放大器301、302发送通信时，上面讨论的PIN二极管310、311可以使图3举例说明的电路遭受损耗。相应地，这样选择电感元件L2和L4和电容器C1和C2，使得它们与发射放大器301和302的输出晶体管(未示出)一起提供相对较高的阻抗，从而当无线终端在接收机上接收通信时，可以不显著地影响接收信号。
在本发明的某些实施例中，PIN二极管310、311可以用例如微带代替，用于精细调谐，亦即，当无线终端在接收机上接收通信时，把发射放大器301和302对接收信号影响减到最小。但是，若电感器L2和L4与电容器C1和C2在载波频率下处于并联谐振，则可以不需要所述微带。
当通过断开与所需的接收路径相联系的开关330、331、332和/或333来激励图3中举例说明的接收器之一时，共享所述发射放大器的另一个射频(RF)开关一般是导通的，使得它不会从所需路径转移功率。按照本发明的某些实施例，开关电路330至333可以包括一些开关，它们是受电压控制的，因而可以不消耗重大的电流和/或功率。如下面还将讨论的，开关的这种类型可以通过例如场效应晶体管(FET)提供。
应该明白，尽管本发明的实施例是就金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)进行讨论的，但是本发明的实施例不限于所述配置。例如，金属半导体场效应晶体管(MESFET)、结型场效应晶体管(JFET)和/或膺配高电子迁移率晶体管(PHEMT)也可以在砷化镓(GaAs)基片上与HBT、MESFET、JFET或PHEMT结合使用，以便提供开关电路，后者也不消耗重大的流过控制栅极的电流。利用一个或多个这些替代方案的本发明的实施例，成本可能比本文中讨论的利用配置成开关的MOSFET的本发明实施例的高。
现将参考图4讨论按照本发明的某些实施例的传输线的替代实施例。在本发明的某些实施例中，可以如在图4中举例说明的，用等效的传输线代替现有的传输线来缩短传输线或微带的长度。具体地说，可以以集总元件或集总元件与传输线的组合的形式来实现按照本发明的某些实施例的传输线。例如，在图4举例说明的90度传输线400可以用较短的传输线410代替。长度的差值可以通过在传输线410的输入端和/或输出端加电容补偿。如在图4中举例说明的，长度的差值通过把电容器C20加到较短的传输线的输入端，而把电容器C21加到较短的传输线的输出端来补偿。应该明白，按照本发明的某些实施例，传输线也可以利用相反的过程，亦即，可以用较长的传输线400代替传输线410和电容器C20和C21。相应地，例如，图3的传输线320、电容器C3和电容器Cds可以用图4中举例说明的较长的传输线代替。
如上面讨论的，FET可正如以配置成开关并且被包括在以上就图3所描述的开关电路330、331、332、333中。按照本发明的某些实施例，FET开关响应控制电压而运行，因而这些开关可以减少电流和/或功率消耗。但是，FET开关可以应对相对有限的电压摆动，与硅(Si)基片具有高的耦合，而且具有从漏极到源极的高的电容。如以下讨论的，本发明的实施例针对MOSFET的这些特性。
应该明白，在这里讨论的MOSFET可以例如是n沟道(NMOS)或p沟道(PMOS)MOSFET。在这里将利用NMOS晶体管讨论本发明的实施例，但是应该明白，本发明的实施例不限于所述配置。NMOS晶体管可以具有相同栅极长度的PMOS晶体管的一半的电阻。但是，NMOS晶体管可以在直接与基片的其余部分接触P阱内制造。
当利用NMOS晶体管作为按照本发明的某些实施例的开关时，可以减少从NMOS晶体管的漏极到源极的寄生电容，使得所述开关可以以较高频率运行。可以通过缩小从漏极到源极构成的电容的电容量，来减小从所述NMOS晶体管的漏极到源极的寄生电容。例如，晶体管从漏极到源极的电容的一部分包括栅极到漏极和栅极到源极电容。通过经由高欧姆器件或电阻性元件，诸如电阻器控制栅极，有可能使从漏极经由栅极到源极的有效电容变为栅极到漏极电容的一半，因为所述栅极到源极和栅极到漏极的电容是串联的。
所述晶体管从漏极到源极的电容的附加分量包括漏极到基片和源极到基片的电容。有可能通过提供从P阱到地的高欧姆触点(即，把P阱接地到具有基片电阻Rsub的基片)来把这些电容减半。应该明白，按照本发明的某些实施例的缩小漏极到源极寄生电容的方法可以减小漏极到源极的电容，以便提供减少了的漏极到源极电容，但是所述漏极到源极电容仍旧可能使在高频下所述开关的性能下降。下面还将讨论针对所述电路中剩余的漏极到源极电容的电路配置。
天线的辐射图常常利用极坐标来画出。电压驻波比率(VSWR)涉及天线馈送点与通信装置，诸如无线终端的馈送线或传输线的阻抗匹配。为了以最小的损耗把射频能量辐射出去，或为了以最小的损耗把接收的射频(RF)能量送到无线终端接收机，无线终端天线的阻抗在传统上，与传输线或馈送点的阻抗匹配。
现参考图5，现将讨论举例说明基片电阻与损耗(dB)的关系的曲线图。如图5举例说明的，按照本发明的某些实施例，利用NMOS晶体管时，基片的电阻可以保持高值，因为基片的电阻越高，损耗(dB)就越小。在本发明的某些实施例中，基片的电阻(Rsub)设置为约300欧姆。通过图5的曲线图作进一步的举例说明时，当基片触点具有0欧姆电阻，有可能得到适当的性能，但是在该电阻下，基片触点电阻最轻微的增大都会使性能下降。若使用300欧姆的触点电阻，则触点电阻的增大可能不严重影响开关的性能。应该明白，按照本发明的某些实施例，基片可以很好地接地，使得所述电路的剩余部分正确地起作用。
现将参考图6讨论按照本发明的某些实施例的开关电路330、331、332、333。为简要起见，将只讨论图3的接收机信号途径A、B、C或D和发射机信号途径E或F，因为每一个路径包含类似的部件。应该明白，这些部件的值可以变化，因为每一个路径都专用于不同的频带，如上面讨论的。如在图6举例说明的，开关电路330、331、332、333包括场效应晶体管620，后者耦合在接收机370、371、372、373的接收机输入端和电容器Cds的输入端与电基准点(例如地电位)之间。接收机370、371、372、373可以是上面讨论的高频带或低频带接收机。应该明白，接收机370、371、372、373可以是接收端口，后者包括例如滤波器和电容器，这会有助于与无线终端中附加的电路，例如图2的控制器25的通信。
具体地说，在图6中，举例说明的本发明的实施例中，开关电路330、331、332、333包括NMOS晶体管620。上面讨论的用于减小NMOS晶体管源极到漏极的电容的方法，已经在图6举例说明的本发明的实施例中使用。如上面讨论的，为了减小NMOS晶体管的漏极到源极的电容，例如经由高欧姆器件和/或电阻性元件(例如电阻器610)来控制NMOS晶体管620的栅极621。所述电阻器还可以用来减小栅极到源极和栅极到漏极的电容。电阻器610还把栅极控制电压340、341、342、343与NMOS晶体管620的栅极621隔离，以便减小栅极控制电压340、341、342、343对NMOSNMOSRF信号的影响。
另外，NMOS晶体管620的沟道区已经经由基片的背面耦合到地。具体地说，NMOS晶体管的P阱已经接地到基片，所述基片具有电阻Rsub611。基片电阻可以是约300欧姆，如上面就图5讨论的。因而，电容器Cds的电容可以等于NMOS晶体管的漏极到源极电阻的电容，所述方法上面已经讨论。如在图6中举例说明的，电容器Cds一般不是理想的电容器，因此呈现某些寄生电阻Rcds(所述场效应晶体管的漏极到源极电容的电阻)。
NMOS晶体管620的漏极622通过电容器C30、C31、C32、C33耦合到传输线320、321、322、323(未示出)，使得可以通过经由传输线320、321、322、323驱动直流电压来控制PIN二极管310、311(未示出)。电容器C30、C31、C32、C33使NMOS晶体管620不受DC电压的影响。电容器C30、C31、C32、C33一般具有非常大的电容量，使得它不降低开关电路330、331、332、333的性能。
传输线601和602代表NMOS晶体管620的漏极622和源极623之间导线的长度。如果当接收路径正在运行时选择传输线601和602具有串联谐振，则C30、C31、C32、C33的值可以容易地实现。例如，如果接收频带为1800MHz的频率，则C30、C31、C32、C33可以设置为10pF，而传输线601和602的相应的电感量将是约.78nH(传输线601的电感量+传输线602的电感量)。应该明白，如上面就图4讨论的，传输线601和602可以结合为单一传输线。在不脱离本发明的传授的情况下，单一的传输线可以或者耦合到NMOS晶体管620的源极623，或者耦合到其漏极622。另外，在某些实施例中，传输线601和602可以用例如电感元件或微带代替。
现将参照图6讨论在图6中举例说明的场效应晶体管的操作。NMOS晶体管620配置成当在接收机370、371、372、373的接收机输入端接收通信时提供开路，而当在接收机370、371、372、373的接收机输入端不接收通信时提供通路。具体地说，当栅极控制器340、341、342和343发出一个电压时，NMOS晶体管620导通，并且实际上是一个电阻器。这使传输线320、321、322、323(未示出)和电容器C 3、C4、C5、C6实际上变为一个高欧姆器件。它基本上使所述接收路径断开，因为信号流动在最小电阻的路径上，在这种情况下它流到天线380(未示出)用于发射。另一方面，当未坚持栅极控制电压340、341、342、343时，NMOS晶体管截止。这使接收路径的电阻减少，来自天线380(未示出)在所述路径上的信号转移到接收机370、371、372、373。另外，当NMOS晶体管620截止时，PIN二极管310、311还把发射放大器301、302和发射路径与所述接收信号隔离。
现将参考图7，讨论包括按照本发明某些实施例的用于偏置和/或控制隔离电路的电路的收发机。关于参照图3讨论的收发机700的部件的细节，在图7的讨论中将被省略，因为这些部件的细节上面已经提出了。将讨论一个接收机信号途径和一个发射机信号途径，因为每一个接收机途径和发射机途径都包括类似的部件。应该明白，接收机中的部件和发射机信号途径可以具有不同的值，以便补偿与每一个路径相联系的不同的频率。如在图7中举例说明的，收发机700还包括串联耦合在电容器C1、C2和天线输入/输出节点390、391之间的电感元件电路850、851和隔直电容器CB1、CB2。另外，偏置电路790、791、792、793耦合到传输线320、321、322、323和开关电路330、331、332、333之间节点Q、R、S和T。
按照本发明某些实施例的偏电路置790、791、792和793配置成当从发射放大器301、302发送通信时在隔离装置310、311(图3)上提供低阻抗，而当不从发射放大器301、302发送通信时在隔离装置310、311(图3)提供高阻抗。相应地，当无线终端在接收机上接收通信时所述偏置电路在隔离装置上提供高阻抗。应该明白，按照本发明的某些实施例的无线终端还可以是空闲的，不发射或接收通信。电感元件电路850和851提供发射放大器的电阻性耦合，如下面就图8A、8B、9A和9B进一步讨论的。隔直电容CB1、CB2使Vs不受电感元件电路850、851的影响。
现参考图8A和8B，按照本发明某些实施例的偏电路置790、791、792、793可以包括双极晶体管720和PIN控制电压730。电感元件电路850、851可以包括电感元件L10和PIN二极管310、311。可以将PIN二极管310、311反向连接，而PIN二极管310、311的端子耦合到接地的电感元件L10。双极晶体管720的发射极721在接收机输入端上通过电阻710在电气上耦合到接收机370、371、372、373，其集电极722在电气上耦合到Vs，而其基极724在电气上耦合到PIN控制电压730。
现将就图8A和8B讨论偏置电路的操作。通过电感元件L10提供发射放大器输出端到地的电阻性耦合。偏置电路790、791、792、793还配置成当从发射放大器301、302发送通信时把天线输入/输出节点390、391耦合到电源电压，而当不从发射放大器301、302发送通信时使天线输入/输出节点390、391与电源电压分离。从而，当开关电路330、331、332、333使NMOS晶体管导通时，接收路径基本上断开。此刻，信号试图通过PIN二极管310、311从发射放大器301、302流到天线380(未示出)，但是可能不能流动。相应地，pin控制电压730在所述偏置电路变为有效，因而双极晶体管720导通，双极晶体管720把天线输入/输出节点390、391耦合到电源电压，并允许RF信号通过PIN二极管310、311流到天线380。
现参考图9A和9B，按照本发明的某些实施例的偏电路置790、791、792、793可以包括双极晶体管820和PIN控制电压830。电感元件电路850、851可以包括电感元件L10和PIN二极管310、311。电感元件L10在电气上耦合到Vs。当Vs(DC电压，例如电话电池组的电压)变为有效时，电感元件L10被上拉至Vs。PIN二极管310、311的输入端连接到DC电压，它允许DC电压在发射路径上流动。双极晶体管820的集电极822通过电阻810连接到接收机370、371、372、373。双极晶体管的发射极821连接到基片(地)，双极晶体管的基极824连接到PIN控制电压830。相对于图9A举例说明的实施例，图8A举例说明的偏置电路实施例可以进一步减小由RF噪音引起的泄漏，因为晶体管720的发射极721不直接连接到图8A中的基片(地)，因此，功率放大器通过注入硅基片的电流而产生的RF噪音可以得到抑制。
现将就图9A和9B讨论偏置电路的操作。通过电感元件L10提供发射放大器输出端到源极电压的电阻性耦合。所述偏置电路还配置成当从发射放大器301、302发送通信时把天线输入/输出节点390、391耦合到地，而当不从发射放大器301、302发送通信时使天线输入/输出节点390、391与地分离。从而，当开关电路330、331、332、333使FET导通时，接收路径基本上是断开的。此刻，信号试图通过PIN二极管310、311流动，从天线380(未示出)发射，但是可能不能流动。相应地，pin控制电压830在偏置电路中变为有效，而双极晶体管720导通，把天线输入/输出节点390、391耦合到地，并允许RF信号通过PIN二极管310、311流到天线380。
应该明白，在图7至9B设置的偏电路置和电感元件电路的实施例可以例如与图6中举例说明的开关电路的实施例结合。偏置电路和电感元件电路与按照本发明某些实施例的开关电路的结合的示例性配置在图10举例说明。为简要起见，在这里将不讨论图10举例说明的电路的操作，因为所述操作在上面就图6至9B已经讨论了。应该明白，尽管图10举例说明所述偏置电路和图8A和8B举例说明的电感元件电路与图6中举例说明的开关电路实施例结合的实施例，但是本发明不限于所述配置。将这些传授结合在一起可以提供包括开关电路和偏置的隔离电路的收发机，所述开关电路包含FET，而所述偏置的隔离电路允许RF信号在发送操作过程中流动的。
如上面就图1至10描述的，本发明的实施例提供一种天线开关，它可以集成在同一个集成电路芯片上，诸如同一个集成电路半导体基片上，带有供通信装置，例如无线终端用的放大器。具体地说，可以提供一种天线开关，它包括配置成把无线终端从由发射放大器发送通信切换到在接收机上接收通信的场效应晶体管(FET)。配置成按照本发明的某些实施例的开关的FET响应电压控制信号而激励和/或去激励。按照本发明的某些实施例的天线开关响应电压控制信号而运行，使得所述开关可能不拉取大量的电流，这些装置相对于传统的天线开关，使性能特性得以改善。按照本发明的某些实施例，这些开关可以与单个芯片上的发射放大器结合，从而提供较小的集成封装，相对于现有的天线开关，效能价格更加合算。
已经在附图和说明书中公开了本发明的典型的推荐的实施例，并且尽管使用具体的术语，但是它们只用在进行一般性的和描述性的意义上的，而不用于局限性的目的，本发明的范围在以下权利要求书中提出。
权利要求
1.一种收发机电路、它包括发射放大器，它与天线输入/输出节点耦合、其中所述发射放大器配置成放大要从所述收发机电路发射的通信；接收机，它包括与所述天线输入/输出节点耦合的接收机输入端；以及场效应晶体管，它耦合在所述接收机输入端和电基准点之间，其中所述场效应晶体管配置成当在所述接收机输入端接收通信时提供开路，并且所述场效应晶体管配置成当不在所述接收机输入端接收通信时提供通路。
2.如权利要求1所述的收发机电路，其中所述发射放大器和所述场效应晶体管集成在同一个半导体芯片上。
3.如权利要求1所述的收发机电路，其中所述收发机电路集成在通信装置中。
4.如权利要求1所述的收发机电路，其中还包括隔离装置，它耦合在所述发射放大器和所述天线输入/输出节点之间以及所述发射放大器和所述接收端口输入端之间。
5.如权利要求4所述的收发机电路，其中还包括偏置电路，它与所述天线输入/输出节点耦合，其中所述偏置电路配置成当从所述发射放大器发送通信时在所述隔离装置上提供低阻抗，而当不从所述发射放大器发送通信时在所述隔离装置上提供高阻抗。
6.如权利要求5所述的收发机电路，其中所述隔离装置包括PIN二极管。
7.如权利要求6所述的收发机电路，其中所述偏置电路包括所述发射放大器输出端到源极电压的电阻性耦合；以及开关，它配置成当从所述发射放大器发送通信时把所述天线输入/输出节点耦合到地，并且配置成当不从所述发射放大器发送通信时使所述天线输入/输出节点与地分离。
8.如权利要求6所述的收发机电路，其中所述偏置电路包括所述发射放大器输出端到地的电阻性耦合；以及开关，它配置成当从所述发射放大器发送通信时把所述天线输入/输出节点耦合到电源电压，并且配置成当不从所述发射放大器发送通信时使所述天线输入/输出节点与所述电源电压分离。
9.如权利要求1所述的收发机电路，其中还包括电阻性元件，它耦合到所述场效应晶体管的栅极，其中所述场效应晶体管对通过耦合到其栅极的电阻性元件施加的输入信号作出反应。
10.如权利要求1所述的收发机电路，其中还包括传输线，它耦合在所述接收机输入端和所述天线输入/输出节点之间。
11.如权利要求10所述的收发机电路，其中还包括电容器，它耦合在所述接收机输入端和电基准点之间。
12.如权利要求11所述的收发机电路，其中所述电容器具有约等于所述场效应晶体管的漏极到源极电容的电容量。
13.如权利要求1所述的收发机电路，其中所述场效应晶体管的沟道区通过所述基片的背面耦合到地。
14.如权利要求1所述的收发机电路，其中还包括第二接收机，它包括与所述天线输入/输出节点耦合的第二接收机输入端；以及第二场效应晶体管，它耦合在所述第二接收机输入端和所述电基准点之间，其中所述第二场效应晶体管配置成当在所述第二接收机输入端接收通信时提供开路，并且其中所述场效应晶体管配置成当不在所述第二接收机输入端接收通信时提供通路。
15.如权利要求14所述的收发机电路，其中所述第一和第二场效应晶体管还配置成当从所述发射放大器发送通信时提供所述通路。
16.如权利要求1所述的收发机电路，其中还包括第二发射放大器，它与第二天线输入/输出节点耦合，其中所述第二发射放大器配置成放大要从所述收发机电路发射的通信；选频电路，它耦合在所述第一和第二天线输入/输出端节点之间，其中所述选频电路配置成把第一频带频率耦合到所述第一天线输入/输出节点和/或耦合来自所述第一天线输入/输出节点的第一频带频率；并且把第二频带频率耦合到所述第二天线输入/输出节点和/或耦合来自所述第二天线输入/输出节点的第二频带频率；第二接收机，它包括与所述天线输入/输出节点耦合的接收机输入端；以及第二场效应晶体管，它耦合在所述第二接收机输入端和所述电基准点之间，其中所述第二场效应晶体管配置成当在所述第二接收机输入端接收通信时提供开路，并且其中所述第二场效应晶体管配置成当不在所述第二接收机输入端接收通信时提供通路。
17.一种收发机电路，它包括发射放大器，它与天线输入/输出节点耦合，其中所述发射放大器配置成放大要从所述收发机电路发射的通信；接收机，它包括与所述天线输入/输出节点耦合的接收机输入端；隔离装置、它耦合在所述发射放大器和所述天线输入/输出节点之间以及所述发射放大器和所述接收机输入端之间；偏置电路，它与所述天线输入/输出节点耦合，其中所述偏置电路配置成当从所述发射放大器发送通信时在所述隔离装置上提供低阻抗并且当不从所述发射放大器发送通信时在所述隔离装置上提供高阻抗。
18.如权利要求17所述的收发机电路，其中所述隔离装置包括PIN二极管。
19.如权利要求18所述的收发机电路，其中所述偏置电路包括所述发射放大器输出端到源极电压的电阻性耦合；以及开关，它配置成当从所述发射放大器发送通信时把所述天线输入/输出节点耦合到地并且配置成当不从所述发射放大器发送通信时使所述天线输入/输出节点与地分离。
20.如权利要求19所述的收发机电路，其中所述开关还配置成当在所述接收机接收通信时使所述天线输入/输出节点与地分离。
21.如权利要求18所述的收发机电路，其中所述偏置电路包括所述发射放大器输出端到地的电阻性耦合；以及开关，它配置成当从所述发射放大器发送通信时把所述天线输入/输出节点耦合到电源电压并且配置成当不从所述发射放大器发送通信时使所述天线输入/输出节点与所述电源电压分离。
22.如权利要求21所述的收发机电路，其中所述开关还配置成当在所述接收机接收通信时使所述天线输入/输出节点与所述电源电压分离。
23.如权利要求17所述的收发机电路，其中还包括场效应晶体管，它耦合在所述接收机输入端和电基准点之间，其中所述场效应晶体管配置成当在所述接收机输入端接收通信时提供开路，并且其中所述场效应晶体管配置成当不在所述接收机输入端接收通信时提供通路。
24.如权利要求23所述的收发机电路，其中所述发射放大器和所述场效应晶体管集成在同一个半导体芯片上。
25.如权利要求23所述的收发机电路，其中还包括电阻性元件，它耦合到所述场效应晶体管的栅极，其中所述场效应晶体管对通过耦合到其栅极的电阻性元件施加的输入信号作出反应。
26.如权利要求23所述的收发机电路，其中还包括传输线，它耦合在所述接收机输入端和所述天线输入/输出节点之间。
27.如权利要求23所述的收发机电路，其中还包括电容器，它耦合在所述接收机输入端和电基准点之间。
28.如权利要求27所述的收发机电路，其中所述电容器具有约等于所述场效应晶体管漏极到源极的电容的电容量。
29.如权利要求23所述的收发机电路，其中所述场效应晶体管的沟道区通过所述基片的背面耦合到地。
30.如权利要求17所述的收发机电路，其中还包括第二接收机，它包括与所述天线输入/输出节点耦合的第二接收机输入端；以及第二偏置电路，它配置成当从所述发射放大器发送通信时在所述隔离装置上提供低阻抗，而当不从所述发射放大器发送通信时在所述隔离装置上提供高阻抗。
31.如权利要求17所述的收发机电路，其中还包括第二发射放大器，它与第二天线输入/输出节点耦合，其中所述第二发射放大器配置成放大要从所述收发机电路发射的通信；选频电路，它耦合在所述第一和第二天线输入/输出端节点之间，其中所述选频电路配置成把第一频带频率耦合到所述第一天线输入/输出节点和/或耦合来自所述第一天线输入/输出节点的所述第一频带频率，并且把第二频带频率耦合到所述第二天线输入/输出节点和/或耦合来自所述第二天线输入/输出节点的所述第二频带频率；第二接收机，它包括与所述第二天线输入/输出节点耦合的第二接收机输入端；第二隔离装置，它耦合在所述第二发射放大器和所述第二天线输入/输出节点之间以及所述第二发射放大器和所述第二接收机输入端之间；第二偏置电路，它与所述第二天线输入/输出节点耦合，其中所述第二偏置电路配置成当从所述第二发射放大器发送通信时在所述第二隔离装置上提供低阻抗，而当不从所述第二发射放大器发射时在所述第二隔离装置上提供高阻抗。
32.如权利要求17所述的收发机电路，其中所述收发机电路集成在通信装置中。
33.一种通信装置，它包括发射放大器，它与天线输入/输出节点耦合，其中所述发射放大器配置成放大要从所述通信装置发射的通信；接收机，它包括与所述天线输入/输出节点耦合的接收机输入端；以及场效应晶体管，它耦合在所述接收机输入端和电基准点之间，其中所述场效应晶体管配置成当在所述接收机输入端接收通信时提供开路，并且其中所述场效应晶体管配置成当不在所述接收机输入端接收通信时提供通路。
34.一种通信装置，它包括发射放大器，它与天线输入/输出节点耦合，其中所述发射放大器配置成放大要从所述通信装置发射的通信；接收机，它包括与所述天线输入/输出节点耦合的接收机输入端；隔离装置，它耦合在所述发射放大器和所述天线输入/输出节点之间以及所述发射放大器和所述接收机输入端之间；偏置电路，它与所述天线输入/输出节点耦合，其中所述偏置电路配置成当从所述发射放大器发送通信时在所述隔离装置上提供低阻抗，而当不从所述发射放大器发送通信时在所述隔离装置上提供高阻抗。
全文摘要
本发明提供一种收发机电路，它包括与天线输入/输出节点耦合的发射放大器。发射放大器配置成放大要从收发机电路发射的通信。收发机电路还包括接收机和场效应晶体管。接收机包括与天线输入/输出节点耦合的接收机输入端。场效应晶体管耦合在接收机输入端和电基准点之间。场效应晶体管配置成当在接收机输入端接收通信时提供开路，而当不在接收机输入端接收通信时提供通路。
文档编号H04B1/48GK1809970SQ200480017336
公开日2006年7月26日 申请日期2004年3月1日 优先权日2003年4月25日
发明者J·安德松, P·-O·布兰德特 申请人:艾利森电话股份有限公司