用于保护诸如mems开关的开关的方法和装置,以及包括该保护装置的mems开关的制作方法_2

文档序号:9490487阅读:来源:国知局
化。该问题已经在过去被确认,并且该领域技术人员已试图通过提供和MEMS开关1并联的固态开关来解决该问题。尽管该固态开关有利于保护MEMS开关,它们具有引入相对大的寄生电容的不良后果。MEMS开关的已知优点之一是当处于关闭(即开)开关状态时的高隔离度。提供表现寄生电容的并联半导体开关(诸如,M0SFET)提供交换机周围的寄生信号路径,这降低其关闭状态性能。发明者认识到关闭状态的性能可以通过提供另外的装置(例如,进一步的MEMS开关)恢复,当不需要提供开关保护时,它可用于从MEMS开关1的端子切换或更准确地断开半导体开关。这样的布置示意性示出在图2中,其中主开关元件(指定为1和相对于前述图1描述)分别提供在第一和第二开关节点10和12之间的可控开关路径。然而,开关1进一步关联保护电路70,该保护电路70包括第一保护电路MEMS开关72、第二保护电路MEMS开关74和半导体开关76。第一保护电路MEMS开关72具有连接到第一开关节点10的第一端子82,以及连接到半导体开关76的电流流动节点的第二端子84。当半导体开关76包括一个或多个FET设备时,则电流流动端子可以是漏极或源极半导体开关。如图2所示,第一保护电路MEMS开关72可以具有与它平行的分流电阻85。分流电阻85可以是大值电阻器,以便提供横跨第一保护电路开关72的小电流路径,用于其节点或端子82和84的任一个的电压趋于均衡。大的电阻(例如,如下所示的1兆欧姆)表示半导体开关76的寄生泄漏是非常小的。然而,根据与MEMS开关1相关的电路的带宽和的性能,可提供更小值的电阻85。
[0042]类似地,第二保护电路MEMS开关74具有连接到第二开关端子12的第一端子92,以及连接到半导体开关76的第二电流端的第二端子94,并且可以具有与它并联的电阻95。因此,当第一和第二保护电路MEMS开关72和74都处于导通状态,并且半导体开关76处于低阻抗状态时,则保护电路70形成开关节点10和12之间的分流器,从而使主开关1被操作,使得信号可以被应用到或从它的栅极23(图1)去除,以便使得开关元件32移动。在变型中,电阻85和95可以通过相应电阻和串联晶体管的组合来代替。这使得并联电阻是可变的。如果电阻器被连接到开关节点10和12,则和其他晶体管相关的寄生元件基本上无法从节点10和12看到。
[0043]图3示出标记为A,B和C的开关控制信号,其被施加到第一开关1以及第一和第二保护电路开关72和74的栅极,以及半导体开关76的栅极或其它控制端子。如在图3所示,期望在时刻S-打开开关1并在时刻S,将其关闭。提前时间S?,开关控制信号C被首先断言。这导致第一和第二保护电路MEMS开关闭合,从而引入半导体开关76到围绕开关1的旁路通路。当半导体开关76处于非导通状态时,没有电流此时应该发生通过第一和第二保护电路MEMS开关,并因此它们不用经受开关损坏。此外,提供高阻抗分流电阻器85表示此时没有或很少寄生电容被充电。接着,晶体管开关76通过触发信号B开启。因此,分路路径连接节点10和12。在合适的保护时间信号A被断言以闭合开关1之后,则信号B和C可以被去除。如图3所示,在信号C被解除断言之前,信号B中被除去,但其他开关方案是可能的。当希望在时刻S0FF关闭开关1时,在将半导体开关76切换为导通状态之前,重复该过程,信号C被断言以关闭第一和第二保护电路MEMS开关。一旦分路已经重新建立,则信号A可以除去,从而允许开关1打开。然后,晶体管76通过去除信号B变为高阻抗,并且一旦电流流动已经停止,信号C被除去,从而分别打开第一和第二保护电路MEMS开关72和74。如图2所示,响应于“开关状态”信号,开关信号A、B和C可以由开关控制器98提供。
[0044]图4示出图2所示的布置的变型。第一和第二保护电路MEMS开关72和74仍如前所述提供,并连接到节点10和12,但每个保护电路的MEMS开关现在串联连接到公共节点110的相应固态开关102和100。开关102和100可以形成或可以是半导体开关阵列的一部分。如前所述,半导体开关100和102可以是场效应晶体管基于开关。和以前一样,第一和第二保护电路MEMS开关72和74可以设置有各自的分流电阻85。分流电阻器可以是较大的值,如在图4中表示。
[0045]图5示出图4所示的结构的驱动信号图。可以看出,如前面关于图3所述的,信号A、B和C可以被断言以及被解除断言。
[0046]图6示出本公开的另一个实施例,如前所述,其中MEMS开关1在第一和第二开关端子10和12之间延伸。然而,现在只有单个MEMS保护电路开关130提供在保护电路70中。开关130可以相似或相同于开关1,或者可以是小的开关,因为它常见于提供具有多个开关触点的MEMS开关1,以便保持接触电阻较低。MEMS保护电路开关130串联连接在第一和第二开关的节点10和12之间的电阻132和134。基于设计者对于在节点10和12之间发生的电压的了解,电阻132和134需要进行选择,以便平衡使用组件130、132和134形成低阻抗分流路径的需要和当操作时避免开关130的瞬时现象。然而,电阻器132和134操作,以及和开关130相关的寄生电容,或其周围形成的实际电容,以;S减和减少开关电流的幅值。这种结构的控制方案类似于相对于图3所述,除了现在的信号B不再提供,因为没有半导体开关。因此,分路开关的控制信号提前于改变主开关1的开关状态被断言,并在操作开关1之后解除断目。
[0047]本文中所描述的装置可用于多个开关。图7表示其中两个MEMS开关被指定150和170的情形,所述两个MEMS开关前文相关于图1描述的类型的主开关。分别响应于提供给第一和第二 MEMS开关150和170的栅极的相应开关控制信号G1和G2,每个主开关150和170可以被打开和关闭。这些开关150中的第一个延伸在指定T1为的第一输入端和指定T3的输出端之间。第二开关170延伸在指定T2为第二输入端和指定为T3的输出端之间。应当指出,任何这些终端可是不明确的终端,并且可仅代表电路节点,并且任何终端能够在输入和输出之间进行交换,或者是双向的。T1被连接到并联第一保护MEMS开关154的第一电阻器152,其依次连接到电路节点156。类似的电阻器172和MEMS开关174被提供关联于第二开关170和第二端子T2。电阻器172和MEMS开关174形成在第二端子和节点176之间延伸的路径。进而,在本实施例中,第三端子T3连接到另一个电阻182和第三保护MEMS开关184。电阻器182和MEMS开关164形成第三端子和节点186之间延伸的通路。第一晶体管158连接在节点156和186之间。第二晶体管178连接在节点176和186之间。晶体管158以及开关154和184可被控制,以提供开关150周围的分流路径。类似地,晶体管178以及开关174和184提供开关170周围的可控分流路径。
[0048]可认为,电阻152、172和182将必须是如前文所述的较大值的组件,但是这可能并非如此。电阻器152、172和182可被选择为端接组件,以便提供RF传输线或其它信号路径中的合适终端阻抗。这可以通过提供一个或多个另外的晶体管来实现(未示出),以选择性地连接节点156、176或186到接地平面或信号线。因此,尽管终端阻抗将取决于开关是否打开或关闭而变化,但相比于如果不提供电阻不会大幅变化。因此,信号反射的潜在问题可以通过提供信号终止在同一时间来缓解。这种额外的晶体管的操作需要被正确地分阶段为保护开关和晶体管158和178。电阻器还允许寄生电容放电。如图7所示的该安排的布局的平面图中示出图8中,但组件182和184都在此配置中被删去。
[0049]此外,还能够提供一种有源组件,以便驱动穿过主开关1或每个保护开关的电压,以减少跨过开关的电压差。图9示出如图6所示布置的修改,其中放大器190被设置成强制跨越开关130电压为较低的值。这种安排是基于节点10表示输入和节点12表示输出的隐含了解。有源电路(诸如,放大器190)可提供关联于其它的实施例。因此,有源电路可以布置以驱动在节点12的电压以匹配节点10,和节点94以匹配图2所示布置的节点12。
[0050]图10示出进一步的实施例,其中半导体开关200 (这里显示为并联连接开关1的FET)具有和它串联的电感201和202。电感器201和202允许晶体管以提供DC和低频分量的低阻抗电流通路,同时阻断高频信号的传播。这使得在MEMS开关1被操作之前,晶体管均衡在开关1的电压,或至少大部分的工作。任选的,第二 MEMS开关130可以提供并联开关1。它可以作为进一步的保护开关,使得当开关1在打开和关闭之间切换时始终关闭。这保护开关1的触头免受损坏,因此,它保持低的导通电阻。事实上,在某些情况下,可接受只提供并联于开关1的一个或多个保护MEMS开关130,使得当开关1被操作时一个或多个开关130关闭。这保持开关1的触头处于良好状态,使得它们提供低的导通电阻。当开关1闭合时,所述或每个附加开关130也可以提供额外的信号路径。MEMS开关1和130可以提供在集成电路中。电感器2
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