在射频设备中的集成CMOS发送/接收开关的制作方法

相关申请的交叉引用

与本申请一起提交的申请数据表中标识了对其的外国或国内优先权主张的任何和所有申请通过37cfr1.57下的引用被合并于此。

背景技术：

领域

本发明的实施例涉及电子系统，并且具体涉及提供与一个或多个功率放大器和/或其他组件集成的发送/接收开关的射频(rf)系统。

相关技术说明

功率放大器可被包含在移动设备中，以放大射频(rf)信号，以便通过天线发送。例如，在具有时分多址(tdma)架构和频分多址(fdma)的移动设备中，例如在全球移动通信系统(gsm)、码分多址(cdma)和宽带码分多址(w-cdma)系统中的发现的那些移动设备中，功率放大器可被用于在所分配的发送时隙期间提供放大。此外，在使用频分双工(fdd)的移动设备中，例如在使用长期演进(lte)的系统中，功率放大器可被用于向一个或多个发送载波频率提供放大。

为了满足操作规范，移动电话和其他rf设备中的功率放大器通常被设计为产生相对较大的输出信号和对应的功率电平。这在历史上使得将功率放大器与其他组件集成变得困难。

技术实现要素：

根据本公开的某些方面，提供了包括功率放大器的互补金属氧化物半导体(cmos)裸芯。功率放大器包含具有初级绕组和次级绕组的变压器。功率放大器可以被配置为在发送模式中，以放大在初级绕组上所接收的射频(rf)发送信号并且在次级绕组的天线侧上提供所放大的rf发送信号。功率放大器还可以被配置为在接收模式中，以将rf接收信号从次级绕组的天线侧发送到次级绕组的接收侧。cmos裸芯还可以包含在次级绕组的接收侧和裸芯的接合焊盘(pad)之间的发送/接收开关。可以使用例如传统的体(bulk)cmos工艺(例如，不使用绝缘体上半导体[soi]工艺技术)形成cmos裸芯。

在发送模式中，发送/接收开关可以被配置为闭合，产生从次级绕组的接收侧到接合焊盘的低阻抗路径。在接收模式中，发送/接收开关可以被配置为断开，产生从次级绕组的接收侧到接合焊盘的高阻抗路径。

cmos裸芯还可以还包括与次级绕组的接收侧电连通的接收端口。开关可以包含与次级绕组的接收侧电连通的第一端子、与接合焊盘电连通的第二端子以及接收发送/接收控制信号的控制输入。例如，发送/接收开关可以是单个晶体管。

cmos裸芯还可以包括被放置在开关和接合焊盘之间的补偿电路。补偿电路可以被配置为在发送模式中改善接收端口与rf发送信号的隔离。例如，补偿电路可以包含电容器。补偿电路可以抵消位于接合焊盘和开关之间的路径中的接合线的电抗。

各种实现是可能的。例如，接合焊盘可以连接到地参考。此外，功率放大器可以包含被连接到初级绕组的多个放大器驱动器级。

在一些实现方式中，初级绕组接收一组偏置信号，这组偏置信号在发送模式具有第一组值以将初级绕组偏置在第一状态，并且在接收模式中具有第二组值以将初级绕组偏置在第二状态，在第二状态中初级绕组和次级绕组的中心频率之间的差大于当初级绕组被偏置在第一状态时初级绕组和次级绕组的中心频率之间的差。

功率放大器可以是分布式有源变压器型功率放大器。在一些配置中，次级绕组的几何形状大致与初级绕组的几何形状相匹配。例如，在一些实现方式中，初级绕组具有大致符合次级绕组的内部边界的内绕组和大致符合次级绕组的外部边界的外绕组。

根据本公开的另外的方面，提供了一种包括射频(rf)天线和半导体裸芯的无线设备。半导体裸芯可以具有功率放大器，该功率放大器包含具有初级绕组和次级绕组的变压器。功率放大器可以被配置为在发送模式中以放大在初级绕组上所接收的rf发送信号并且在次级绕组的天线侧上提供所放大的rf发送信号。功率放大器还可以被配置为在接收模式中以将rf接收信号从次级绕组的天线侧发送到次级绕组的接收侧。裸芯还可以包含在次级绕组的接收侧和裸芯的接合焊盘之间的发送/接收开关。

在发送模式中，发送/接收开关可以被配置为闭合，产生从次级绕组的接收侧到接合焊盘的低阻抗路径，以及在接收模式中，发送/接收开关被配置为断开，产生从次级绕组的接收侧到接合焊盘的高阻抗路径。

在一些实现方式中，半导体裸芯是互补金属氧化物半导体(cmos)裸芯。例如，可以使用传统的体cmos工艺(例如，不使用soi工艺技术)形成cmos裸芯。

根据另外的方面，提供了一种操作射频(rf)设备的方法。该方法可以包括，当rf设备在rf发送模式中时：向被包含在半导体裸芯上的功率放大器的初级绕组提供rf发送信号；用功率放大器放大rf发送信号，以在功率放大器的次级绕组的天线侧上提供rf发送信号的放大版本；以及控制位于裸芯上、在次级绕组的接收侧和裸芯的接合焊盘之间的发送/接收开关，以产生从次级绕组的天线侧到接合焊盘的低阻抗路径。例如，可以使用传统的体cmos工艺(例如，不使用soi工艺技术)形成裸芯。

低阻抗路径的产生可以导致裸芯的rf接收端口与rf发送信号的改善的隔离。

该方法还可以包括，当rf设备是rf接收模式时：在次级绕组的天线侧上接收rf接收信号；以及控制发送/接收开关以在次级绕组的接收侧和接合焊盘之间产生高阻抗路径。

根据本公开的另外的方面，提供了一种射频(rf)设备，其包括天线和被配置为处理由天线检测到的rf接收信号的接收路径。rf设备还可以包括位于接收路径中的节点和参考电压之间的开关，使得当在rf发送模式中开关导通时，开关产生所述节点与参考电压之间的低阻抗路径，并且当在rf接收模式中开关关断时，开关产生到参考电压的高阻抗路径。rf设备还可以包括在从开关延伸到参考电压的路径中与开关串联连接的补偿电路。当在rf发送模式中开关闭合时，补偿电路可以进行动作以限制存在于接收路径中的所述节点处的电压摆幅。

例如，补偿电路可以包含例如电容器。补偿电路可以抵消位于开关和参考电压之间的路径中的接合线的电抗。

rf设备还可以包含功率放大器，其中，开关、补偿电路和所述功率放大器被一起集成在具有所述功率放大器的半导体裸芯上。补偿电路可以位于所述半导体裸芯上、在开关的第一端子和半导体裸芯的接合焊盘之间。在一些配置中，接收路径中的所述节点被电耦合到开关的第二端子和半导体裸芯的接收端口。在一些实现方式中，当rf设备在rf发送模式中时，功率放大器输出所放大的rf发送信号以便传送到天线。当rf设备在rf发送模式中时，补偿电路可以改善接收路径与rf发送信号之间的隔离。可以使用传统的体cmos工艺(例如，不使用soi工艺技术)形成裸芯。

功率放大器可以是包含初级绕组和次级绕组的基于分布式有源变压器的功率放大器，例如其中次级绕组大致可以与初级绕组的几何形状相匹配。初级绕组可以具有大致符合次级绕组的内部边界的内绕组和大致符合次级绕组的外部边界的外绕组。初级绕组可以接收一组偏置信号，这组偏置信号在rf发送模式中具有第一组值以将初级绕组偏置在第一状态，并且在rf接收模式中具有第二组值以将初级绕组偏置在第二状态，在第二状态中初级绕组和次级绕组相对于彼此失谐。

根据本公开的某些方面，提供了包括被配置为输出rf发送信号的功率放大器和被配置为传送(communicate)和处理rf接收信号的接收路径的半导体裸芯。半导体裸芯还可以包含位于接收路径中的节点和半导体裸芯的焊盘之间的开关。当在rf发送模式中开关导通时，开关可以产生节点与焊盘之间的低阻抗路径，并且当在rf接收模式中开关关断时，开关可以产生到焊盘的高阻抗路径。半导体裸芯还可以包含在从开关延伸到焊盘的路径中与开关串联连接的补偿电路。当在rf发送模式中开关闭合时，补偿电路可以进行动作以限制存在于接收路径中的所述节点处的电压摆幅。可以使用传统的体cmos工艺(例如，不使用soi工艺技术)形成裸芯。

功率放大器可以是包含初级绕组和次级绕组的基于分布式有源变压器的功率放大器，例如其中次级绕组的几何形状大致与初级绕组的几何形状相匹配。初级绕组可以具有大致符合次级绕组的内部边界的内绕组和大致符合次级绕组的外部边界的外绕组。

在一些配置中，补偿电路可以包含电容器，例如其中补偿电路抵消位于开关和焊盘之间的路径中的接合线的电抗。

根据本公开的另外的方面，提供了一种操作射频(rf)设备的方法，其中包括，当rf设备在rf发送模式中时：向rf设备的功率放大器提供rf发送信号；用功率放大器放大rf发送信号，以提供rf发送信号的放大版本；以及控制发送/接收开关以产生从rf设备的接收路径中的所述节点到参考电压的低阻抗路径。该方法还可以包括使用位于开关和参考电压之间的补偿电路，限制由于rf发送信号的泄漏而在接收路径中的所述节点处存在的电压摆幅。

补偿电路可以包含电容器，并且可以通过抵消开关和参考电压之间的路径中的线路的电抗限制所述电压摆幅。

根据本公开的一些方面，提供了一种射频(rf)设备。rf设备可以包括具有初级绕组和次级绕组的功率放大器，其中功率放大器被配置为在发送模式中以放大在初级绕组上所接收的rf发送信号并且在次级绕组上提供所放大的rf发送信号。rf设备还可以包括控制器，该控制器被配置为当rf设备在发送模式中时将初级绕组偏置在第一状态，以及当rf设备在接收模式中时将初级绕组偏置在第二状态，在第二状态中初级绕组和次级绕组的中心频率之间的差明显大于当初级绕组被偏置在第一状态时初级绕组和次级绕组的中心频率之间的差。

rf设备还可以包括被耦合到次级绕组的接收侧的发送/接收开关。功率放大器和开关可以一起位于互补金属氧化物半导体(cmos)裸芯上。开关可以被配置为在发送模式中闭合从而产生从次级绕组的接收侧到裸芯的接合焊盘的低阻抗路径，以及开关还被配置为在接收模式中关断从而产生从次级绕组的接收侧到接合焊盘的高阻抗路径。在一些实现方式中，cmos裸芯还包含与次级绕组的接收侧电连通的接收端口。开关可以包含与次级绕组的接收侧电连通的第一端子、与接合焊盘电连通的第二端子和接收发送/接收开关控制信号的控制输入。在一些配置中，开关可以包含单个晶体管。可以使用传统的体cmos工艺(例如，不使用soi工艺技术)形成cmos裸芯。

rf设备还可以包括被放置在开关和接合焊盘之间、并被配置为在发送模式中改善接收端口与rf发送信号的隔离的补偿电路。例如，补偿电路可以包含电容器，并且可以抵消位于接合焊盘和开关之间的路径中的接合线的电抗。

在某些情况下，接合焊盘可以是地接合焊盘。功率放大器可以包含被连接到初级绕组的多个放大器驱动器级，例如其中控制器通过向放大器驱动器级中的晶体管施加偏压电压电平偏置初级绕组。

功率放大器可以是分布式有源变压器型功率放大器，例如，其中次级绕组的几何形状大致与初级绕组的几何形状相匹配。初级绕组可以具有大致符合次级绕组的内部边界的内绕组和大致符合次级绕组的外部边界的外绕组。

根据本公开的另外的方面，提供了一种操作无线设备的方法。该方法可以包括响应于无线设备进入接收模式，将无线设备的功率放大器的初级绕组偏置在第一状态。该方法还可以包括响应于无线设备进入发送模式，将初级绕组偏置在第二状态，第二状态导致从初级绕组到次级绕组的能量传递明显小于当初级绕组被偏置在第一状态时从初级绕组到次级绕组的能量传递。

初级绕组在第一状态的偏置可以包含向初级绕组的放大器驱动器级中的晶体管施加第一组偏置电压电平。初级绕组在第二状态的偏置可以包含向初级绕组的放大器驱动器级中的晶体管施加第二组偏置电压电平。

附图说明

图1是无线设备的示例的示意框图。

图2是可被包含在图1的无线设备中并且可以一起集成在与一个或多个功率放大器相同的裸芯上的发送/接收开关的示意图。

图3是包含被集成在具有发送/接收开关的单个裸芯上的分布式有源变压器(dat)功率放大器的无线设备的一部分的示意图。

图4是具有与发送/接收开关一起被集成在互补金属氧化物半导体(cmos)裸芯上的基于变压器的功率放大器的无线设备的一部分的实施例的示意图。

图5是示出被连接到发送/接收开关的dat功率放大器的另一个实施例的示意图。

图6是示出用于dat功率放大器的示例偏置配置的示意图。

图7是示出通过图6所示的偏置配置实现的初级绕组和次级绕组的失谐的曲线图。

图8a-8b是示出包含补偿电路以在信号发送期间改善接收路径和发送路径的隔离的功率放大器配置的示例的示意图。

图9是示出包含具有和不具有补偿电路的图8a-8b的功率放大器配置的无线设备的发送/接收隔离的曲线图。

图10是包含补偿电路的无线设备的一个实施例的一部分的示意图。

具体实施方式

这里所提供的标题(如果有的话)仅为方便起见，并不一定影响所要求保护的发明的范围或意义。

希望通过使用互补金属氧化物半导体(cmos)工艺制造功率放大器电路来减少功率放大器系统的成本。例如，传统的cmos工艺技术可以比在许多现有系统中所使用的绝缘体上的半导体(soi)技术更具成本效益。然而，使用传统的cmos工艺制造功率放大器可能是具有挑战性的。例如，一些设计提供了较差的功率放大器线性以及在高功率电平下另外不期望的性能。例如，与使用soi技术构建的功率放大器相比，这里所描述的一些cmos功率放大器包含分布式有源变压器(dat)架构，该架构解决了这些挑战中的一些挑战，提供了相对良好的性能和减少的成本。例如，可以使用包含传统衬底的体cmos工艺而不是使用soi衬底和工艺来构建dat或其他基于变压器的功率放大器。

dat功率放大器通常可以包含具有以大致圆形、矩形或其他适当的几何形状互连的多个功率放大器的有源变压器的初级绕组。大致可以匹配初级绕组的几何形状的次级绕组可以用于高效地组合各个功率放大器的功率。可以在2004年5月18日授权的、名称为“分布式圆形几何形状的功率放大器架构”的美国专利no.6,737,948(“‘948专利”)中找到dat变压器的示例。可以在2006年8月22日授权的、名称为“用于功率放大器驱动器的电源电路”的美国专利no.7,095,283(“‘283专利”)中可以找到包含具有被设置在两个初级绕组之间的次级绕组的dat变压器的dat变压器的附加示例。‘948专利”和‘283专利通过引用被合并于此，并构成本公开的一部分。具体地，在‘948专利”和‘283专利中所描述的功率放大器与这里所描述的实施例的组件是兼容的和/或是这里所描述的实施例的组件。

通常在分开的裸芯上实现rf前端中的传统的功率放大器和发送/接收开关。作为示例，经常在砷化镓(gaas)裸芯上用异质结晶体管(hbt)实现功率放大器，而在实现伪晶体高电子迁移率转移(phemt)半导体技术的分开的裸芯上实现发送/接收开关。

本公开的某些方面通过将功率放大器和发送/接收开关集成到单个裸芯上获得rf前端中更高水平的集成。例如，根据某些实施例，将发送/接收开关和dat功率放大器集成到单个cmos裸芯(例如，使用传统的硅衬底工艺构建的cmos裸芯)上。在某些实施例中，单个cmos裸芯包含调谐的基于dat的功率放大器，其中发送/接收开关被放置在dat的次级绕组的地或接收侧。在发送模式中，开关是激活的。因为它位于变压器的地或接收侧，所以可以将开关两端的电压摆幅保持较小，并且可以减少高电压下的可靠性问题及谐波产生的顾虑。在接收模式中，开关是被去激活的，并且dat的次级绕组可以提供到接收器的低损耗路径。开关可以通过单个cmos晶体管(例如，单个nmos晶体管)实现，其中栅极电压控制所述设备是处于发送模式还是接收模式，尽管在其他实施例中可以使用更多的晶体管。

在发送频带和接收频带之间的频率分离相对较小的情况下，可能难以在发送频带和接收频带之间保持隔离。根据某些实施例，可以基于放大器是处于发送模式还是接收模式调谐dat的基于变压器的匹配网络。例如，dat可以包含失谐电路或功能，在接收模式中该失谐电路或功能减少了变压器的耦合系数，使得变压器的次级主要作为电感出现，从而减少了通过耦合导致的到初级的信号损耗。在一个实施例中，系统调整变压器的偏置电平以实现失谐功能。

当rf前端正在发送时，相对较高的发送功率可能泄漏到接收端口，这可能损害包含表面声波(saw)滤波器和低噪声放大器(lna)的组件。为了解决这些挑战，某些其他实施例通过包括可包含电容的、裸芯上的补偿电路来改善发送/接收隔离。补偿电路有助于将接收端口处的进入功率保持在可接受的功率电平(例如，当功率放大器正在发送+35dbm时，低于+10至+13分贝-毫瓦[dbm]之间)，从而避免或最小化对前端组件的损害风险。例如，可以远离dat的次级绕组而在接收路径中串联放置补偿电容器，以通过消除或减少接合线电抗来减小一个或多个接收端口上的摆幅。例如，可以与和功率放大器一起被集成在cmos裸芯上的集成的发送/接收开关串联放置电容器。

图1是示例性无线或移动设备11的示意框图。图1中所描绘的示例无线设备11可以表示多频带和/或多模式设备，例如多频带/多模式移动电话。通过示例，全球移动通信系统(gsm)标准是在世界许多地方使用的数字蜂窝通信模式。gsm模式的移动电话可以在四个频带中的一个或多个频带操作：850兆赫兹(mhz)(大约地，tx为824-849mhz，rx为869-894mhz)、900mhz(大约地，tx为880-915mhz，rx为925-960mhz)、1800mhz(大约地，tx为1710-1785mhz，rx为1805-1880mhz)和1900mhz(大约地，tx为1850-1910mhz，rx为1930-1990mhz)。gsm频带的变化和/或区域/国家实现方式在世界的不同地方也被使用。

码分多址(cdma)是可以在移动电话设备中实现的另一个标准。在某些实现方式中，cdma设备可以在800mhz、900mhz、1800mhz和1900mhz频带中的一个或多个频带中操作，而某些w-cdma设备和长期演进(lte)设备可以在例如22个或更多个无线频谱频带上操作。

可以在前述示例模式和/或频带以及其它通信标准中实现本公开的一个或多个特征。例如，802.11、2g、3g、4g、lte和增强的lte是这些标准的非限制性示例。为了增加数据速率，无线设备11可以使用诸如64qam信号的复调制信号进行操作。

在某些实现方式中，无线设备11可以包含开关12、收发器13、天线14、功率放大器17、控制组件18、计算机可读介质19、处理器20、电池21和包络跟踪器30，该功率放大器17可以是如这里将要描述的cmosdat功率放大器。

收发器13可以产生rf信号以便通过天线14发送。此外，收发器13可以从天线14接收进入的rf信号。

应当理解，与rf信号的发送和接收相关联的各种功能可以通过在图1中共同地被表示为收发器13的一个或多个组件实现。例如，单个组件可以被配置为提供发送和接收功能。在另一示例中，发送功能和接收功能可以由分开的组件提供。例如，一个或多个低噪声放大器(lna)可以被包含在开关12和收发器13之间的一个或多个rx路径中，并且可以被配置为放大且以其他方式调整从开关12接收到的一个或多个信号。

类似地，应当理解，与rf信号的发送和接收相关联的各种天线功能可以通过在图1中共同地被表示为天线14的一个或多个组件来实现。例如，单个天线可以被配置为提供发送和接收功能。在另一示例中，发送功能和接收功能可以由分开的天线提供。在又一示例中，与无线设备11相关联的不同频带可以被提供不同的天线。

在图1中，来自收发器13的一个或多个输出信号被描绘为通过一个或多个发送路径15被提供给天线14。在所示的示例中，不同的发送路径15可以表示与不同频带和/或不同功率输出相关联的输出路径。例如，所示的两个示例功率放大器17可以表示与不同功率输出配置(例如，低功率输出和高功率输出)相关联的放大、和/或与不同频带相关联的放大。虽然图1示出了使用两个发送路径15和两个功率放大器17的配置，但是无线设备11可以被适配为包含更多或更少的发送路径15和/或更多或更少的功率放大器17。

在图1中，来自天线14的一个或多个检测到的信号被描绘为通过一个或多个接收路径16被提供给收发机13。在所示的示例中，不同的接收路径16可以表示与不同频带相关联的路径。例如，所示的四个示例路径16可以表示提供给一些无线设备的四频带能力。虽然图1示出了使用四个接收路径16的配置，但是无线设备11可以被适配为包含更多或更少的接收路径16。

为了便于接收路径和发送路径之间的切换，开关12可以被配置为将天线14电连接到所选择的发送路径或接收路径。因此，开关12可以包含多个开关和相关联的组件，该多个开关和相关联的组件被配置为提供与例如不同频带之间的切换、不同功率模式之间的切换、发送模式和接收模式之间的切换或其某种组合相关联的功能。开关12还可以被配置为提供附加的功能，包含信号的滤波和/或双工。

图1示出了在某些实施例中，控制组件18可以被提供用于控制与开关12、功率放大器17、包络跟踪器30和/或其他操作组件的操作相关联的各种控制功能。

在某些实施例中，处理器20可以被配置为促成这里所描述的各种处理的实现。处理器20可以实现各种计算机程序指令。处理器20可以是通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置。

在某些实施例中，这些计算机程序指令也可以被存储在可引导处理器20以特定方式操作的计算机可读存储器19中。

尽管在其他实施例中可以使用其他类型的功率控制器，所示出的无线设备11还包含包络跟踪器30，该包络跟踪器30可以被用于向一个或多个功率放大器17提供功率放大器电源电压。例如，包络跟踪器30可以被配置为基于要放大的rf信号的包络改变所提供给功率放大器17的电源电压。在所示出的实施例中，包络信号从收发器13被提供给包络跟踪器30。然而，其他实现方式是可能的，包括例如包络信号从基带处理器或电力管理集成电路(pmic)被提供给包络跟踪器30的配置。此外，在某些实现方式中，通过使用任何合适的包络检测器检测rf信号的包络，可以从rf信号产生包络信号。

包络跟踪器30可以被电连接到电池21，电池21可以是用于在无线设备1中使用的任何合适的电池，包括例如锂离子电池。如下面将要进一步详细描述的，通过控制提供给一个或多个功率放大器17的电压，可以减少从电池21消耗的电力，从而提高无线设备11的电池寿命。在某些配置中，可以使用cmos工艺实现功率放大器17，这可以减少成本和/或增强集成。然而，功率放大器17的其他配置是可能的。例如，可以使用诸如砷化镓(gaas)工艺的iii-v半导体工艺实现功率放大器17。

在某些配置中，无线设备11可以使用载波聚合操作。载波聚合可以被用于频分双工(fdd)和时分双工(tdd)，并且可以被用于聚合多个载波或信道，例如多达五个载波。载波聚合包含连续聚合，在该连续聚合中，相同操作频带内的载波被聚合。载波聚合也可以是非连续的，并且可以包括公共频带内或不同频带内的在频率上分离的载波。

图2示出了开关块12和天线14的简化图。如大波形和小波形所表示的，当无线设备11在发送模式时，开关12将在开关块的发送端口22上接收到的发送信号从功率放大器17引导到天线14以便无线发送，而期望阻止所有或基本上所有发送信号泄漏到接收路径中。虽然未示出，在接收模式中，开关12被配置为将从天线接收的信号传递到开关块12的接收端口24，以便最终传送至接收路径中的低噪声放大器(lna)或其他适当的组件。

在一些现有的系统中，开关功能由诸如绝缘体上硅晶体管网络的soi晶体管网络实现。然而，由于由功率放大器17提供的信号的大的电压摆幅，相对大量的晶体管经常被串联连接以避免击穿问题。例如，在这样的系统中，经常使用在与包含功率放大器17的裸芯分开的soi裸芯中所实现的多个串联连接的晶体管实现所述开关。这可能增加成本，并且串联连接的晶体管可能增加串联电阻损耗和对基底的电容损耗。

为了解决这些问题，这里所描述的某些实施例将发送/接收开关连接到基于dat的功率放大器17的次级绕组。图3描绘了无线设备的一部分25，其示出了天线14、双工器26、谐波滤波器28、基于dat的功率放大器17以及发送/接收开关32。如图所示，功率放大器17和发送/接收开关32被一起集成在单个裸芯34上，例如，该裸芯可以是cmos裸芯。虽然为了说明的目的示出为单个开关，发送/接收开关32可以形成图1的无线设备11的开关块12中的一些或所有开关。

尽管为了简单起见被示出为具有单个输入和输出端口，但是双工器26可以包含被连接到谐波滤波器28的多个输出端口，每个专用于特定的频带。在接收模式中，双工器26可以被配置为从天线14接收信号，从该信号中提取频带并在适当的输出端口上提供。例如，双工器26可以包含被配置为使接收信号的第一频带通过到达第一输出端口的第一滤波器和被配置为使接收信号的第二频带通过到达第二输出端口的第二滤波器。在发送模式中，双工器26可以被配置为使从激活的发送频带接收的发送信号通过并输出该信号到天线14。

谐波滤波器28可以被配置为根据设备11处于发送模式还是接收模式，抑制发送信号中的不希望的谐波。

所示实施例中的功率放大器17是基于dat的功率放大器。功率放大器17包含变压器的初级绕组(未示出)和次级绕组36。如图所示，谐波滤波器28被耦合到形成功率放大器17的输出的、基于dat的功率放大器17的次级绕组36的天线侧或天线端38。例如，谐波滤波器28可以通过裸芯34的接合线连接到次级绕组36的天线侧38。

如图所示，当设备11处于发送模式时，向功率放大器17的初级绕组提供发送输入信号(txin)。功率放大器17通过电感变压器功能放大输入信号，并在次级绕组36的天线侧38上输出发送信号的所放大版本。发送信号被传递到谐波滤波器28，以便通过天线14最终发送。如通过相对较大波形的描绘所示，当设备11处于发送模式时，在功率放大器17的输出上可以存在相对较大的电压摆幅。

如图所示，次级绕组36的接收侧或接收端耦合到裸芯34的接收端口。当设备11处于接收模式时，通过天线14所接收的信号由双工器26和谐波滤波器28处理，并从次级绕组36的天线侧38传送到次级绕组36的接收侧40。信号通过接收端口42从裸芯34发送出，例如发送到lna然后到收发器13以便后续处理。

裸芯34包含在功率放大器17的次级绕组36的接收侧40与参考电压或地44之间的发送/接收开关32。发送/接收开关32由单个晶体管46形成，其在所示实施例中是nmos场效应晶体管(fet)。然而，可以使用更多的晶体管和/或不同类型的晶体管。在发送模式中，将晶体管46的阈值电压以上的电压信号施加到晶体管46的栅极，从而将晶体管46置于“导通”状态。这产生了从次级绕组36的接收侧40到地44的低阻抗路径。因此，如接收端口42处的相对小的波形的图形描绘所示，存在裸芯34的接收端口42和接收路径中的后续组件(例如lna)看到的相对较小的信号摆幅。以这种方式，当设备11正在发送时，开关32隔离并保护接收路径中的lna和其他组件免受损害。另一方面，在接收模式中，将晶体管46的阈值以下的电压信号施加到晶体管46的栅极，并且晶体管46处于“关断”状态，产生了从次级绕组36到地的高阻抗路径，并且因此允许通过接收端口42的接收信号的低损耗发送。

以所示方式将发送/接收开关32连接到功率放大器17的次级绕组36的接收侧40使得能够在单个cmos裸芯34上集成发送/接收开关32和功率放大器17。开关提供发送路径和接收路径之间的充分隔离，保护了接收路径中的下游组件，例如lna。

图4是具有在单个半导体裸芯34上和发送/接收开关一起集成的基于变压器的功率放大器的无线设备的一部分的实施例的示意图，该单个半导体裸芯34在所示实施例中是cmos裸芯。

该无线设备可以支持多个频带，并且包括分开的路径，每个路径包含一组对应的功率放大器和发送/接收开关。

例如，在所示实施例中，第一路径支持全球移动通信系统(gsm)频带、并且包含对应的一个或多个功率放大器17a、一个或多个发送/接收开关12a、和匹配电路50a。第一路径可以使用与包含gsm-850、gsm-900或gsm-1900等的任何gsm频带相关联的频率。

第二路径支持与第一路径不同的频带，并且包含对应的一个或多个功率放大器17b、一个或多个发送/接收开关12b、和匹配电路50b，所述频带在所示配置中是数字蜂窝服务(dcs)频带。第二路径可以使用对应于可以与gsm–1800频带相同的dcs频带的频率。

功率控制块52位于裸芯34上并且控制向功率放大器17a、17b的功率传送。例如，在一个实施例中，功率控制块52实现了包络跟踪功能，尽管其他类型的功率控制是可能的，包括例如平均功率跟踪(apt)。

第一路径和第二路径中的功率放大器17a、17b接收和放大对应的发送信号。在所示实施例中，功率放大器17a、17a是由变压器54a、54b表示的dat型功率放大器。所放大的信号从每个功率放大器17a、17b的初级线圈56a、56b被传送到每个功率放大器17a、17b的次级线圈36a、36b。具体地，可以包含一个或多个谐波滤波器和/或双工器的组件58被耦合到每个功率放大器17a、17b的次级线圈36a、36b的天线侧38a、38b。组件58位于功率放大器17a、17b和天线14之间，并且当无线设备处于发送模式时，组件58处理一个或多个发送信号，并将所处理的一个或多个发送信号转发到天线以便无线发送。

如图所示，发送/接收开关12a、12b位于在节点62a、62b之间的到地的路径中。节点62a、62b中的每一个被电耦合到对应的功率放大器17a、17b的次级线圈36a、36b的接收侧40a、40b，以及裸芯34的接收端口60a、60b。

在发送模式中，用于每个路径的发送/接收开关12a、12b闭合，产生从节点62a、62b到地的低阻抗路径，从而将接收端口60a、60b与相对大的发送信号到对应的功率放大器17a、17b的次级线圈36a、36b的接收侧40a、40b的泄露隔离。

另一方面，在接收模式中，发送/接收开关12a、12b断开，从而产生从节点62a、62b到地的高阻抗路径。在这种情况下，由天线14检测到的接收信号被转发到组件58以便处理。组件58将所处理的接收信号传递到每个路径的各个功率放大器17a、17b的次级线圈36a、36b。具体地，接收信号从天线侧38a、38b传递到各个功率放大器17a、17b的次级绕组36a、36b的接收侧40a、40b。因为接收开关12a、12b断开，每个接收信号传递到对应路径的接收端口60a、60b，以便从裸芯34发送出。然后，接收信号在被转发到接收路径中的下游组件之前由匹配电路50a、50b处理，下游组件例如为lna和收发器。匹配电路50a、50b可以被配置为将被呈现给接收端口60a、60b的阻抗变换成期望的阻抗水平，例如50欧姆。

用于接通和关断开关12a、12b的控制信号可以从所示的“tx-en”信号导出，该“tx-en”信号可以从无线设备的远离裸芯的处理器或任何其他适当的源被转发到裸芯34，该处理器例如是图1所示的无线设备11的处理器20。

图5是示出被连接到发送/接收开关12的dat功率放大器17的另一实施例的示意图，发送/接收开关12和dat功率放大器17可以被一起集成在裸芯34上，裸芯34在所示实施例中是cmos裸芯。在所示实施例中，开关12被连接到节点62，节点62被连接到功率放大器17a的次级绕组36的接收侧40和lna64的输入。具体地，开关12位于节点62和地之间的路径中。次级绕组36的天线侧38被耦合到位于天线侧38和天线(未示出)之间的双工器和谐波滤波器。功率放大器17还包含初级绕组56。尽管在图5中未示出，但是发送输入信号被连接到初级绕组56的输入，该发送输入信号通过由功率放大器17实现的变换(transform)功能被放大。在发送模式中，所放大的发送信号被输出到次级绕组36的天线侧38，而发送接收开关接通，产生从节点62到地的低阻抗路径，将lna64与到次级绕组36的接收侧40上的发送信号泄漏隔离。

如图所示，次级线圈36可以被设计为大致匹配初级绕组56的几何形状。初级绕组56可以用作有源绕组，并且包含由多个电感元件67形成的外初级绕组66和由多个电感元件69形成的内初级绕组68。多个放大器级70a-70d被插入在外初级绕组66的对应的电感元件67之间并被连接到外初级绕组66的对应的电感元件67。多个放大器级72a-72d被插入在内初级绕组68的对应的电感元件69之间并被连接到内初级绕组68的对应的电感元件69。外初级绕组66的电感元件67和内初级绕组68的电感元件69到次级绕组36之间的磁耦合以及环路电流确定了次级绕组36的放大输出，从而组合放大器级70a-70d、72a-72d的输出。

虽然图5示出了功率放大器设计的一个示例，但是各种各样的功率放大器设计是可能的，其与这里所描述的实施例是兼容的，包括在‘948专利和‘283专利中所描述的那些实施例。

图6是示出了dat功率放大器的示例偏置配置的示意图。外放大级74通过外初级绕组66被耦合到电源(vbat)。内放大器级76通过内初级绕组68被耦合到外放大级74。

在所示的实施例中，外放大器级74包含四个场效应晶体管78a-78d。四个晶体管的第一对78a、78b以第一共源共栅配置连接，并且两个晶体管的第二对78c、78d以第二共源共栅配置连接。第一共源共栅配置的第一端通过第一调谐电容80被连接到第二共源共栅配置的第一端，而第一共源共栅配置的第二端和第二共源共栅配置的第二端共享到内初级绕组68的公共连接。

内放大器级76包含四个场效应晶体管82a-82d。四个晶体管的第一对82a、82b以第一共源共栅配置连接，并且两个晶体管的第二对82c、82d以第二共源共栅配置连接。第一共源共栅配置的第一端通过第二调谐电容84被连接到第二共源共栅配置的第一端，而第一共源共栅配置的第二端和第二共源共栅配置的第二端被连接到地。

虽然为了说明的目的仅示出了单个外放大级74和内放大级76，但是如虚线所示，功率放大器中包含具有相同或类似配置的附加放大级。例如，放大器级74、76可以是类似于图5所示的功率放大器的功率放大器17的放大器级。

沿着这些线，发送接收开关可以以类似于图5所示的配置的方式被连接到包含图6所示的外放大级和内放大级74、76的功率放大器的次级绕组(未示出)的接收侧。在这种情况下，当无线设备处于接收模式时，限制在初级绕组56到次级绕组36之间传送的功率量可能是重要的。例如，dat功率放大器可以呈现相对宽带的匹配，其中接收子带和发送子带之间的频率分离小。在接收模式中，dat的内初级绕组和外初级绕组在某些情况下可以与次级一起谐振，导致差的接收/发送隔离和插入损耗。

为了抵消这种影响，某些配置使用在接收模式下禁用的控制电路提供在接收模式下的dat的失谐。例如，电路可以控制dat，从而在接收模式期间使初级绕组和次级绕组36、56相对于彼此失谐，使得初级绕组和次级绕组36、56被配置为在接收模式期间具有非常不同的中心频率。这与发送模式相反，在发送模式中初级绕组和次级绕组36、56被配置为具有类似的中心频率，从而提高功率放大器的增益。

图6示出了在接收模式期间实现以使初级绕组和次级绕组相对于彼此失谐的一个示例性偏置配置。如图所示，2.0、0、2.0和0伏的值被分别施加到外放大器级74的四个晶体管78a、78b、78c、78d。所示实施例的四个晶体管是具有约0.4伏的阈值电压的n型金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)，尽管不同的晶体管类型和/或阈值电压是可能的。如将理解的，类似的值可以被施加到与图6中未明确示出的外绕组74相关联的附加放大器级。2.7、1.5、2.7和1.5伏的值被分别施加到内放大器级76的四个晶体管82a、82b、82c、82d。所示实施例的四个晶体管是具有约0.4伏的阈值电压的n型金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)，尽管不同的晶体管类型和/或阈值电压是可能的。如将理解的，类似的值可以被施加到与图6中未明确示出的内绕组76相关联的附加放大器级。

以图6所示的方式调整偏置电平修改了外初级绕组和内初级绕组74、76的整体调谐电容，从而为次级绕组36提供了所期望的失谐。例如，根据一个实施例，图6所示的偏置配置导致了外放大器级74的晶体管78a、78b、78c、78d被关断，而内放大器级76的晶体管82a、82b、82c、82d被接通。处于关断状态的外放大器74的晶体管78a、78b、78c、78d的所得电容与外初级绕组66的调谐电容器80并联。另一方面，处于接通状态的内放大器级76的晶体管82a、82b、82c、82d的电阻用于使内初级绕组68的调谐电容器84短路。图6所示的偏置配置可以被用于例如接收模式中，例如其中，包含功率放大器的无线设备11的控制器或控制电路响应于设备11置于接收模式而产生偏置控制信号。通过以图6所示的方式偏置外放大器级和内放大器级74、76，初级绕组和次级绕组36、56相对于彼此失谐并具有分开的中心频率。具体地，所示的偏置配置导致变压器的耦合系数的减小，使得变压器的次级绕组36主要以电感的形式出现，从而通过耦合减少了到初级绕组56的信号损耗。

根据一些实施例，开关可以被放置为跨越内调谐电容器和外调谐电容器80、84或与内调谐电容器和外调谐电容器80、84串联，以提供所期望的失谐功能。然而，由于初级绕组74、76上的大摆幅，这种开关可能在发送期间进入击穿。因此，通过调整dat放大器级74、76中的晶体管78a-78d、82a-82d的栅极修改调谐电容有利地提供所期望的失谐，同时防止击穿或电路损坏。

虽然在图6中未示出，但是在发送模式中，被施加到晶体管的电压将是不同的，并且在发送模式中，初级绕组和次级绕组的中心频率可以比在接收模式中(例如在以图6所示的方式进行偏置的接收模式中)明显地更为对准。

图7是示出了通过图6所示的偏置配置实现的初级绕组和次级绕组36、56的失谐的曲线图。具体地，曲线86、88示出了不具有图6所示的偏置/失谐配置的功率放大器17的输出特性(曲线86)和具有图6所示的偏置/失谐配置的功率放大器17的输出特性(曲线88)。如图所示，不具有偏置/失谐配置(曲线86)，功率放大器输出在大约1ghz处存在尖锐的陷波，这可以导致在大约850mhz处的显著的接收损耗。另一方面，具有图6的偏置/失谐配置(曲线88)，与不具有偏置/失谐配置(曲线86)相比，在大约1.2ghz的更高频率处出现陷波，导致在大约850mhz处的接收损耗被改善超过约0.5db。例如，输出特性可以是功率放大器的最大增益(gmax)。

为了说明的目的再次参考图3，当功率放大器17在发送模式操作时，由于在初级绕组上存在并且被传送到次级绕组36的相对大的发送信号摆幅，在接收端口42处可以有大的电压摆幅。具体地，在高频处，开关32和地44之间的接合线用作电感器，产生高阻抗。在发送模式期间存在的高电流电平和该高阻抗的组合导致高电压电平，这在某些情况下可以导致不期望的泄漏功率量。

图8a-8b是示出包含被配置为减少泄漏功率的补偿电路90的功率放大器配置的示例的示意图。首先参考图8a，该配置包含dat功率放大器17，该dat功率放大器17包含与外初级绕组66相关联并被连接到外初级绕组66的放大器级70，该外初级绕组66继而被耦合到电源(vbat)。功率放大器17还包含与内初级绕组68相关联并被连接到内初级绕组68的放大器级72，该内初级绕组68继而通过第一接合线92被耦合到地。如图所示，内初级绕组72也被连接到与外初级绕组66相关联的放大器级70。功率放大器17的次级绕组36的天线侧38通过第二接合线94被连接到第一端口96，第一端口96可以是裸芯34的端口，裸芯34在所示实施例中是cmos裸芯，在该裸芯34上存在图8a所示的组件。第一端口96可以例如通过可以包含如这里所描述的谐波滤波器和/或双工器的中间组件(未示出)被连接到天线。次级绕组36的接收侧40通过第三接合线100被耦合到第二端口98。例如，第二端口可以是cmos裸芯的接收端口，并且可以被连接到无线设备的接收路径中的lna或其他组件。次级绕组36的接收侧40也可以被耦合到发送/接收开关12，发送/接收开关12与第四接合线102和补偿电路90一起被连接在到地的路径中。如这里所描述的，无线设备可以在发送模式中接通开关12并在接收模式中关断开关12，以便在接收模式中将接收端口98与发送路径隔离。

在所示实施例中，补偿电路90包含与开关12和接合线102串联的单个电容器。如前面所指出的，补偿电路90用于减少泄漏功率。具体地，将补偿电路90包含在内用于在发送模式期间减小开关12和地之间的路径中的阻抗。例如，电容器104抵消接合线102的电抗，从而减小接收端口98上的电压摆幅。

在接收模式期间，可能希望无线设备在存在补偿电路90的情况下保持与不包含补偿电路90的配置类似的行为。因此，当在接收模式期间开关12处于断开状态时，补偿电容器104可被选择为具有大于或等于开关12的有效电容的电容。以这种方式，在接收模式中，补偿电路90对于在接收端口98上输出的接收信号可以具有最小的影响。

在所示实施例中，电容器具有约14皮法(pf)的电容，并且在发送模式期间接合线的电感对于850mhz的发送频率为约0.5纳赫。在其他实施例中，补偿电路90可以具有不同的电容，并且可以包含附加的电容器和/或不同的组件。

虽然在图8a中仅示出了单个外绕组放大器级70和单个内绕组放大器级72，但是应当理解，可以存在附加的放大器级。作为一个示例，图8a所示的功率放大器17可以形成图5所示的功率放大器17的一部分，并且可以有以图5所示的方式所布置的总共四个附加的外绕组放大器级70和四个附加的内绕组放大器级72。

图8b示出了在从开关12到地的路径中切换补偿电路90和接合线112的顺序的替代配置。例如，在这种情况下，可以在与功率放大器17和/或发送/接收开关17相同的裸芯上实现补偿电路90，从而减少成本。

图9是描绘了具有和不具有补偿电路90的配置的发送/接收隔离的曲线图。例如，对于1710、1750和1785mhz的频率，三个曲线106的组示出了不包含补偿电路90的类似于图8a-8b的无线设备的发送/接收隔离。具体地，参考图8a，曲线106示出了对于在第一端口96上所测量的不同发送功率，泄漏到接收端口98的发送功率的相对量，以分贝毫瓦(dbm)为单位。另一方面，也对于1710、1750和1785mhz的频率，三个曲线108的组示出了具有包含单个14pf电容器104的补偿电路90的类似于图8a-8b的无线设备的发送/接收隔离。如图所示，将补偿电路90包含在内通过发送接收隔离提高了大于约5dbm。

图10描绘了无线设备的一部分，其类似于图3所示的无线设备的一部分，但是具有包含在开关12和地之间的路径中的、被包含在裸芯34上的电容器104的补偿电路90。

为了说明的目的，这里所提供的许多本发明的装置和方法已经在功率放大器、开关和使用cmos工艺构建的其他组件的上下文中进行了描述，cmos工艺例如为包含传统硅衬底(而不是例如soi衬底)的cmos工艺。然而，根据各种实施例，这里所描述的装置和方法可以使用其他非cmos类型的体硅工艺另外地被实现。

应用

上面所描述的一些实施例已经提供了与无线设备或移动电话相关的示例。然而，所述实施例的原理和优点可以被用于对这里所描述的实施例有需求的任何其它系统或装置。

可以在各种电子设备中实现这样的实施例。电子设备的示例可以包含但不限于消费者电子产品、消费者电子产品的部件、电子测试设备等。电子设备的示例还可以包含但不限于存储器芯片、存储器模块、光网络或其他通信网络的电路以及盘驱动器电路。消费者电子产品可以包含但不限于移动电话、电话、电视、计算机监视器、计算机、手持计算机、个人数字助理(pda)、微波、冰箱、汽车、立体声系统、盒式录音机或播放器、dvd播放器、cd播放器、vcr、mp3播放器、收音机、摄像机、相机、数码相机、便携式存储芯片、洗衣机、烘干机、洗衣机/烘干机、复印机、传真机、扫描仪、多功能外围设备、腕表、时钟等。此外，电子设备可以包含未完成的产品。

结论

除非上下文另有明确要求，否则在整个说明书和权利要求书中，词语“包括”、“包含”等将以包含的意思来解释，而不是排他或穷尽的意思；也就是说，以“包含但不限于”的意义来解释。这里通常所使用的词语“耦合”是指可以被直接连接或通过一个或多个中间元件被连接的两个或多个元件。同样地，这里通常所使用的词语“连接”是指可以被直接连接或通过一个或多个中间元件被连接的两个或多个元件。此外，在本申请中被使用时，“这里”、“上文”、“以下”和类似意义的词语应该作为整体指代本申请，而不是指本申请的任何特定部分。在上下文允许的情况下，使用单数或复数的上述详细描述中的词语也可以分别包含复数或单数。在提到两个或更多项目的列表时的词语“或”，该词语涵盖对该词语的所有下列解释：列表中的任何项目、列表中的所有项目以及列表中的项目的任何组合。

此外，这里所使用的条件性语言，除了其他的以外例如有“能够”、“可以”、“可能”、“可”、“例如”、“诸如”、“比如”等，除非另有明确说明或者如所使用的在上下文中以其他方式理解，通常旨在表达某些实施例包含但其他实施例不包含某些特征、元件和/或状态。因此，这种条件性语言通常不旨在暗示特征、元件和/或状态以任何方式对于一个或多个实施例是必需的，或者一个或多个实施例必需包含用于在具有或不具有用户输入或提示的情况下决定是否包含这些特征、元件和/或状态或者在任何特定实施例中执行这些特征、元件和/或状态的逻辑。

本发明的实施例的上面详细描述不旨在是穷举的或将本发明限制于上面所公开的精确形式。虽然上面为了说明的目的描述了本发明的具体实施例和示例，但是如相关领域的技术人员将认识到的，可以在本发明的范围内进行各种等同的修改。例如，虽然以给定顺序呈现过程或块，但替代实施例可以以不同顺序执行具有步骤的例程或使用具有块的系统，并且一些过程或块可以被删除、移动、添加、细分、组合和/或修改。这些过程或块中的每一个可以以各种不同的方式来实现。而且，虽然有时过程或块被示出为被串行执行，但这些过程或块可以替代地被并行执行，或者可以在不同的时间被执行。

这里所提供的本发明的教导可以被应用于其他系统，而不一定是上面所描述的系统。上面所描述的各种实施例的元件和操作可以被组合以提供其他实施例。

虽然已经描述了本发明的某些实施例，但是这些实施例仅以示例的方式呈现，并不旨在限制本公开的范围。实际上，这里所描述的新颖方法和系统可以以各种其他形式实施；此外，在不脱离本公开的精神的情况下，可以对这里所描述的方法和系统的形式进行各种省略、替换和改变。所附权利要求及其等同物旨在涵盖落在本公开的范围和精神内的这些形式或修改。