用于实现射频开关快速切换的电路的制作方法

1.随着4g，特别是5g的通信系统大发展，射频开关的应用越来越广泛。这些开关不单需要能够通过大的信号还需要导通和关断的切换时间要足够的短。很多的5g通信要求需要这个开关的切换时间少于2us，甚至要求到小于1us。目前市场上越来越多的射频开关采用了soi的cmos工艺来实现。


背景技术：

2.为了导通和关断射频开关，通常需要提供在+2.5～+3v和-2.5～-3v范围内的电压来控制射频开关中的mos管的导通与关断。为了产生该范围(+3v～-3v左右)的电压一般需要采用电荷泵电路。然而，在设计电荷泵电路时候因为受限于功耗于芯片面积，电荷泵的供电能力受到限制。也就是说，虽然提高电荷泵的工作时钟频率可以提升电荷泵的供电能力但是电荷泵的耗电会随着频率提高线性提高，同时高的时钟频率也会造成对射频信号的干扰从而使得射频开关在使用时候时钟噪声耦合到射频引起射频系统的灵敏度性能。


技术实现要素：

3.本发明的实施例提供了一种用于实现射频开关快速切换的电路，针对切换时间的要求以及针对整体功耗和降低电荷泵时钟频率进行了改进，实现了射频开关的快速切换同时保证整体的较小的功耗。
4.根据本发明的实施例，提供了一种用于实现射频开关快速切换的电路，包括：低压差线性稳压器ldo，其被配置为电荷泵提供电荷泵输入电压va；电荷泵，其被配置为从低压差线性稳压器ldo接收电荷泵输入电压va，从时钟信号产生电路接收时钟信号，并且为射频开关提供切换电压；数字检测电路，其被配置为接收用于射频开关的切换控制信号，并且根据切换控制信号生成第一窗口控制信号；时钟信号产生电路，其被配置为根据所述电荷泵输出的切换电压或者所述第一窗口控制信号来调整输出的时钟信号。
5.根据本发明的实施例，提供了一种用于实现射频开关快速切换的电路，其中，所述数字检测电路被进一步配置为根据切换控制信号生成第二窗口控制信号，以及其中，所述低压差线性稳压器ldo被进一步配置为在所述第二窗口控制信号期间，提高所述电荷泵输入电压va。
6.根据本发明的实施例，提供了一种用于实现射频开关快速切换的电路，其中，所述时钟信号产生电路被配置为在所述第一窗口控制信号期间，提高输出的时钟信号的频率。
7.根据本发明的实施例，提供了一种用于实现射频开关快速切换的电路，其中，所述时钟信号产生电路被配置为当所述电荷泵输出的切换电压小于特定阈值时，提高输出的时钟信号的频率。
8.根据本发明的实施例，提供了一种用于实现射频开关快速切换的电路，其中，所述时钟信号产生电路还包括第一比较器，其中，所述第一比较器被配置为接收所述电荷泵输出的切换电压，并且当所述电荷泵输出的切换电压小于特定阈值时，控制所述时钟信号产
生电路提高输出的时钟信号的频率。
9.根据本发明的实施例，提供了一种用于实现射频开关快速切换的电路，其中，所述低压差线性稳压器ldo包括第一开关元件，并且其中，所述第一开关元件被配置为根据接收的所述第二窗口控制信号，提高所述低压差线性稳压器ldo的电荷泵输入电压va。
10.根据本发明的实施例，提供了一种用于实现射频开关快速切换的电路，其中，所述数字检测电路被配置为根据所述切换控制信号的上升沿或者下降沿来生成所述第一窗口控制信号。
11.根据本发明的实施例，提供了一种用于实现射频开关快速切换的电路，其中，所述数字检测电路被配置为根据所述切换控制信号的上升沿或者下降沿来生成所述第二窗口控制信号。
12.根据本发明的实施例，提供了一种用于实现射频开关快速切换的电路，其中，所述电路采用cmos工艺来实现。
附图说明
13.图1是示出了传统的射频开关供电系统的框图；
14.图2是示出了传统的射频开关供电系统的电路示意图；
15.图3是示出了传统的射频开关供电系统中的信号的时序图；
16.图4是示出了根据本发明实施例的用于实现射频开关快速切换的电路的框图；
17.图5是示出了本发明实施例的用于实现射频开关快速切换的电路的电路示意图；
18.图6是示出了本发明实施例的用于实现射频开关快速切换的电路中的信号的时序图；
19.图7a是示出了传统射频开关工作的时序图；以及
20.图7b是示出了根据本发明实施例的射频开关工作的时序图。
具体实施方式
21.在进行下面的详细描述之前，阐述贯穿本专利文件使用的某些单词和短语的定义可能是有利的。术语“耦接”“连接”及其派生词指两个或多个元件之间的任何直接或间接通信，无论那些元件是否彼此物理接触。术语“传输”、“接收”和“通信”及其派生词涵盖直接和间接通信。术语“包括”和“包含”及其派生词是指包括但不限于。术语“或”是包含性的，意思是和/或。短语“与
……
相关联”及其派生词是指包括、包括在
……
内、互连、包含、包含在
……
内、连接或与
……
连接、耦接或与
……
耦接、与
……
通信、配合、交织、并列、接近、绑定或与
……
绑定、具有、具有属性、具有关系或与
……
有关系等。术语“控制器”是指控制至少一个操作的任何设备、系统或其一部分。这种控制器可以用硬件、或者硬件和软件和/或固件的组合来实施。与任何特定控制器相关联的功能可以是集中式的或分布式的，无论是本地的还是远程的。短语“至少一个”，当与项目列表一起使用时，意指可以使用所列项目中的一个或多个的不同组合，并且可能只需要列表中的一个项目。例如，“a、b、c中的至少一个”包括以下组合中的任意一个：a、b、c、a和b、a和c、b和c、a和b和c。
22.贯穿本专利文件提供了其他特定单词和短语的定义。本领域普通技术人员应该理解，在许多情况下，即使不是大多数情况下，这种定义也适用于这样定义的单词和短语的先
前和将来使用。
23.在本专利文件中，变换块的应用组合以及子变换块的划分层级仅用于说明，在不脱离本公开的范围内，变换块的应用组合以及子变换块的划分层级可以具有不同的方式。
24.以下讨论的图1至图6以及用于描述本专利文档中的本公开的原理的各种实施例仅作为说明，并且不应以任何方式解释为限制本公开的范围。本领域技术人员将理解，本公开的原理可以在任何适当布置的系统或设备中实施。
25.图1是示出了传统的射频开关供电系统的框图。在图1中，低压差线性稳压器ldo为电荷泵提供电压源输入va。电荷泵接收电压源输入va和时钟信号，并且根据电压源输入va和时钟信号而产生(+3v～-3v左右)的射频开关的切换电压(导通/关断电压vpos)。所述导通/关断电压vpos经由逻辑电路的控制而传输到射频开关电路。用于导通/关断射频开关中的mos管。
26.当对射频开关进行切换的时候，由于需要对射频开关中的晶体管以及滤波电容进行冲放电(例如，当导通射频开关时：射频开关中晶体管的寄生电容需要从-3v充电到+3v；并且当关断射频开关时：射频开关中的晶体管的寄生电容需要从+3v放电到-3v)，因此受限于电荷泵的驱动能力而不能实现射频开关的快速切换。此外，在大信号状态下工作的射频开关由于需要多个的mos晶体管串联，因此，晶体管总体的寄生电容是相当大的。当射频开关的晶体管进行开关切换时候将会造成电荷泵提供的+3v电源和-3v电源被拉低。
27.图2是示出了传统的射频开关供电系统的电路示意图。在图2中，低压差线性稳压器ldo包括比较器a1，其一个输入端连接到参考电压vref，并且另一个输入端连接到电阻器rl1和rl2之间，形成反馈环路；此外，比较器a1的输出端连接到晶体管m1的栅极。晶体管m1的漏极连接到电源，并且其源极连接到电阻器rl1。晶体管m1的栅极和源极之间存在寄生电容器cc。电阻器rl2的一端与rl1连接，并且另一端接地。晶体管m1的源极作为低压差线性稳压器ldo的输出端，输出电压va。由于寄生电容器cc的存在，导致当电荷泵提供的输出电压va不够稳定。
28.在图2中，还示出了射频开关的一个示例。在图2中，射频开关通过多个mos管串联形成，因此形成了较大的晶体管总体的寄生电容。当射频开关的晶体管进行开关切换时候将会造成电荷泵提供的电压被拉低。
29.图3是示出了传统的射频开关供电系统中的信号的时序图。在图3中，当射频开关发生切换时，电荷泵的输出电压瞬间可以从+/-3v被拉到+/-2v的水平或者更少。这样使得需要更长的时间对射频开关晶体管进行充放电来实现射频开关的导通与关断。
30.本发明的实施例提供了一种用于实现射频开关快速切换的电路。通过检测电荷泵的输出以及通过检测输入的射频开关切换控制信号vcontrol来实现射频开关快速切换。射频开关切换时候影响速度的其中一个原因是切换时候的电荷泵输出电压的改变并不能以最快速度恢复。加快恢复可以通过提高低压差线性稳压器ldo的输出电压va(电荷泵的输入电压源)及加快时钟的速度(提高时钟的频率)来实现。
31.图4是示出了根据本发明实施例的用于实现射频开关快速切换的电路的框图。在图4中，数字检测电路检测切换控制信号vcontrol的变化，当检测到控制信号vcontrol的上升沿或者下降沿时，生成窗口控制信号pulse1和pulse2。在其中，窗口控制信号pulse1时间较短，在其窗口时间段内，拉高低压差线性稳压器ldo的输出va电压，从而使得在射频开关
切换时候，电荷泵输入电压迅速升高使得电荷泵的输出驱动能力提升。窗口控制信号pulse 2时间较长，在pulse 2时间内控制时钟信号产生电路，以使得其输出时钟频率提高(时钟变快)，从而使得电路在整个pulse 2时间内高速运行。
32.在图4中，进一步包括从电荷泵向时钟信号产生电路提供电压比较信号。当根据切换控制信号vcontrol的到来，使得射频开关进行切换时，由于电荷泵的输出需要对射频开关mos晶体管的栅极进行充放电，所以导致电荷泵的输出电压变小。根据电荷泵的输出电压(导通/关断电压vpos)是不是小于特定阈值，提供电压比较信号。如果电荷泵输出被拉低，利用该电压比较信号来控制时钟信号产生电路，以使得电荷泵的时钟频率提高(时钟变快)。提高的时钟使得电荷泵的驱动能力加大从而加速电荷泵输出电压的恢复。
33.通过上述操作，使得电荷泵在射频开关切换的短时间内驱动能力立即提升，并且使得该提升只是作用在一个短暂的时间段。整个射频开关的电流只是在该短暂的时间内需要加大来对开关的寄生电容进行快速的充放电。在其他时间内，时钟信号将恢复到正常的低频率，使得射频开关正常运作时候的功耗保持较低。
34.图5是示出了本发明实施例的用于实现射频开关快速切换的电路的电路示意图。在图5中，示出了实现本发明的一种示例性电路，然而本领域技术人员应该明白，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对相关的电路进行适应性的修改。
35.在图5中，切换控制信号vcontrol被提供到数字检测电路，数字检测电路根据切换控制信号vcontrol提供窗口控制信号pulse1到低压差线性稳压器ldo中的开关s1。通过导通开关s1，将低压差线性稳压器ldo的pmos的栅极拉低，从而使得输出va电压被拉高，以在射频开关切换时候的电荷泵输入电压迅速升高从而提升电荷泵的输出驱动能力。此外，数字检测电路根据切换控制信号vcontrol提供窗口控制信号pulse2到时钟信号产生电路。以使得在窗口控制信号pulse2内，时钟信号产生电路的输出时钟频率被提高。
36.同样参考图5，电荷泵将输出电压(导通/关断电压vpos)连接到比较器a2的输入端。通过将电荷泵将输出电压(导通/关断电压vpos)与比较器a2另一输入端的特定阈值信号进行比较来确定输出电压是不是小于特定阈值，从而输出电压比较信号vcompare到时钟信号产生电路。如果电荷泵输出被拉低，利用该电压比较信号vcompare来控制时钟信号产生电路，以使得电荷泵的时钟频率提高(时钟变快)。
37.根据本发明的实施例，时钟信号产生电路接收窗口控制信号pulse2和电压比较信号vcompare，并且根据窗口控制信号pulse2或电压比较信号vcompare而生成时钟信号。通过提高时钟的频率，使得电荷泵的驱动能力加大从而加速电荷泵输出电压的恢复。
38.图6是示出了本发明实施例的用于实现射频开关快速切换的电路中的信号的时序图。本领域技术人员应该清楚，图6仅仅用于对本发明的实施例进行示例，对于信号的输入和持续时间，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行各种变化和修改。
39.参考图6，当切换控制信号vcontrol发生变化时，数字检测电路产生窗口控制信号pulse1和pulse 2。在窗口控制信号pulse1期间，低压差线性稳压器ldo的输出va电压被拉高。此外，时钟频率通过窗口控制信号pulse 2或者电压比较信号vcompare来确定，在窗口控制信号pulse 2或者电压比较信号vcompare有效的相应时间段内，时钟频率变大。
40.通过上述操作，使得电荷泵在射频开关切换的短时间内驱动能力立即提升，并且使得该提升只是作用在一个短暂的时间段。整个射频开关的电流只是在该短暂的时间内需
要加大来对开关的寄生电容进行快速的充放电。在其他时间内，时钟信号将恢复到正常的低频率，使得射频开关正常运作时候的功耗保持较低。
41.图7a是示出了传统射频开关工作的时序图，并且图7b是示出了根据本发明实施例的射频开关工作的时序图。参考图7a和图7b可知，射频开关的切换时间得到了改善，实现了快速切换。
42.虽然在本发明中，根据本发明实施例的用于实现射频开关快速切换的电路采用cmos工艺来实现，但是本领域技术人员应该清楚的是，可以在不超出本发明范围的情况下，采用其他工艺来实现本发明中的电路。
43.尽管已经用示例性实施例描述了本公开，但是可以向本领域技术人员建议各种改变和修改。本公开旨在涵盖落入所附权利要求范围内的这种改变和修改。
44.本发明中的任何描述都不应被理解为暗示任何特定的元件、步骤或功能是必须包括在权利要求范围内的必要元件。专利主题的范围仅由权利要求限定。