高隔離度、低襯底泄露的射頻開關(guān)電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及射頻開關(guān)電路，具體涉及一種高線性度、高隔離度適用于單刀十?dāng)S以上的射頻開關(guān)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]在無(wú)線通信系統(tǒng)的收發(fā)機(jī)中，高性能的開關(guān)用于發(fā)射通路和接收通路信號(hào)的選擇，開關(guān)的插入損耗、線性度、隔離度等性能直接制約著整個(gè)系統(tǒng)的輸出功率、噪聲系數(shù)等性能。尤其在如今的3G、4G廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電話的通信和導(dǎo)航中，收發(fā)機(jī)需要進(jìn)行多個(gè)頻段多種模式的選擇，因此高性能的單刀多擲開關(guān)不可缺少。現(xiàn)今以硅為襯底的CMOS工藝仍是射頻開關(guān)的主流工藝，該工藝以其超低的成本，優(yōu)異的射頻性能(低插入損耗、高隔離度和高線性度)被廣泛應(yīng)用于無(wú)線通信系統(tǒng)中。
[0003]傳統(tǒng)的射頻開關(guān)電路都是由一條與天線相連的主路引出幾條相同的支路設(shè)計(jì)而成的。每條支路上通常都是串聯(lián)一個(gè)MOSFET管和并聯(lián)一個(gè)MOSFET管，通過(guò)控制MOSFET管的開(ON)和關(guān)(OFF)來(lái)實(shí)現(xiàn)電路的功能。在理想狀態(tài)下，射頻信號(hào)通過(guò)打開的MOSFET管，對(duì)于關(guān)閉的MOSFET管，射頻信號(hào)完全反射回來(lái)，但由于MOSFET管高頻條件下的一些寄生效應(yīng)，實(shí)際中信號(hào)會(huì)發(fā)生一些損耗和泄漏(主要是襯底泄漏)，當(dāng)輸入大信號(hào)時(shí)，這種效應(yīng)會(huì)更加明顯，而且大擺幅的電壓通過(guò)MOSFET管時(shí)，輸出端會(huì)產(chǎn)生高次諧波，會(huì)導(dǎo)致開關(guān)總體線性度降低，這些現(xiàn)象對(duì)我們?cè)趯?shí)際設(shè)計(jì)電路時(shí)將造成很大的困難。尤其是設(shè)計(jì)單刀十?dāng)S以上的射頻開關(guān)，電路不僅存在信號(hào)襯底泄漏的問(wèn)題，每條支路間的信號(hào)隔離也成為主要解決問(wèn)題之一。
[0004]對(duì)于上述問(wèn)題，傳統(tǒng)的方法是通過(guò)改變MOSFET管的柵長(zhǎng)柵寬以及MOSFET管堆疊的個(gè)數(shù)來(lái)折衷優(yōu)化電路的最佳性能，但是并不能從根本上解決這些問(wèn)題，致使射頻開關(guān)存在一定的局限性，

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種高隔離度、低襯底泄露的射頻開關(guān)電路。
[0006]本實(shí)用新型一種高隔離度、低襯底泄露的射頻開關(guān)電路，將傳統(tǒng)的單刀多擲開關(guān)電路，多擲分組，每組并聯(lián)不超過(guò)4擲，每擲由串聯(lián)一個(gè)MOSFET stack和并聯(lián)一個(gè)MOSFETstack組成，每組電路再串聯(lián)一個(gè)MOSFET stack管，然后相互并聯(lián)到主通路；每個(gè)MOSFET管的襯底都串聯(lián)一個(gè)電容，電容的另一端接地；電路中柵極控制電壓接在每個(gè)MOSFET管的柵極，襯底控制電壓接在襯底與電容間的節(jié)點(diǎn)上。
[0007]所述的電容為CMOS工藝上的電容，屬于fF的數(shù)量級(jí)。
[0008]有益效果:本實(shí)用新型提供了一種射頻開關(guān)電路模型，用MOSFET stack分別將幾組射頻接收支路隔離開來(lái)，將起隔離作用的MOSFET stack偏置在三極管區(qū)，MOSFET stack等效為一組并聯(lián)的電阻電容網(wǎng)絡(luò)，調(diào)整它的柵寬與柵長(zhǎng)比，使電阻電容網(wǎng)絡(luò)中的電阻變的很小，電容增大，由于每組接收支路間存在這么一個(gè)電容，所以對(duì)于單刀十?dāng)S以上的射頻開關(guān)，每條支路的隔離度會(huì)提升很多，而這個(gè)電阻電容網(wǎng)絡(luò)中的電阻很小，所以對(duì)于所有射頻支路來(lái)說(shuō)，它的插入損耗也很小，時(shí)延也較短。另外，由于MOSFET管的柵極、漏極、源極和襯底之間都存在寄生電容，尤其是信號(hào)頻率上了 IGHz后，這些寄生電容的值會(huì)變的很大，一般都在10fP左右，本實(shí)用新型通過(guò)在所有MOSFET管的襯底上串聯(lián)一小電容，來(lái)減小寄生電容的影響，控制好小電容的容值可使MOSFET管到地的寄生電容變的很小，有用信號(hào)將不容易從襯底泄漏出來(lái)，而信號(hào)的高次諧波可以從襯底和小電容流到地上，電路的線性度會(huì)有很大的提高，另外，該電路結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單、功耗小、電路集成度高。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為MOSFET管襯底串聯(lián)電容的模型圖；
[0010]圖2為MOSFET管襯底串聯(lián)電容的等效電路圖；
[0011]圖3為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖4為傳統(tǒng)單刀十二擲射頻開關(guān)電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖5為本實(shí)用新型的一種單刀十二擲射頻開關(guān)電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]如圖1、圖2、圖3、圖4所示，一種高隔離度、低襯底泄露的射頻開關(guān)電路將傳統(tǒng)的單刀多擲開關(guān)電路，多擲分組，每組并聯(lián)不超過(guò)4擲，每擲由串聯(lián)一個(gè)MOSFET stack和并聯(lián)一個(gè)MOSFET stack組成，每組電路再串聯(lián)一個(gè)MOSFET管，然后相互并聯(lián)到主通路；每個(gè)MOSFET stack的襯底都串聯(lián)一個(gè)電容，電容的另一端接地；電路中柵極控制電壓接在每個(gè)MOSFET管的柵極，襯底控制電壓接在襯底與電容間的節(jié)點(diǎn)上；所述的電容為CMOS工藝上的電容，屬于fF的數(shù)量級(jí)。
[0015]圖5為基于本實(shí)用新型的單刀十二擲射頻開關(guān)的電路結(jié)構(gòu)示意圖，開關(guān)的總路與天線(ANT)相連，開關(guān)的十二個(gè)接收支路被分成三組，第一組有四條接收支路，這四條支路通過(guò)一個(gè)串聯(lián)的MOSFET Stack與ANT相連，每條支路都串聯(lián)一個(gè)MOSFET Stack和并聯(lián)一個(gè) MOSFET Stack，MOSFET Stack 可以簡(jiǎn)稱為 Stack，Stack 1、Stack A-D 和 Stack 1-4 都是由MOSFET管堆疊而成的，每個(gè)MOSFET管的襯底都串聯(lián)一個(gè)小電容，小電容另一端接地。第二組和第三組與第一組電路結(jié)構(gòu)相同，由四條并聯(lián)的接收支路與一個(gè)MOSFET Stack串聯(lián)而成，每條接收支路都串聯(lián)一個(gè)MOSFET Stack和并聯(lián)一個(gè)MOSFET Stack，Stack 11-111、Stack E-L和Stack 5_12都是由MOSFET管堆疊而成的，同樣的，每個(gè)MOSFET管的襯底都串聯(lián)一個(gè)小電容，小電容另一端接地。每個(gè)MOSFET管的柵極都接一個(gè)電壓源，每個(gè)MOSFET管的襯底與小電容間的節(jié)點(diǎn)也同樣接一個(gè)電壓源，當(dāng)RFl支路上的Stack I和Stack I管柵極電壓為高電平，襯底電壓為低電平，其它MOSFET管的柵極和襯底都為低電平，此時(shí)，StackI和Stack I管打開，其他MOSFET管都閉合，RFl支路為射頻信號(hào)的收發(fā)通路，RF2?RF12以相同的原理工作。電路中的Stack 1、Stack II和Stack III用于幾組電路信號(hào)的隔離，改變對(duì)應(yīng)MOSFET管的柵寬柵長(zhǎng)之比，使兩個(gè)堆疊管表現(xiàn)為很大電容特性，很小的電阻特性。與襯底相連的小電容為CMOS工藝上的電容，用于抵消寄生電容，減小信號(hào)的襯底泄漏，一般取到fF的數(shù)量級(jí)，可以很好的提高射頻開關(guān)的線性度和隔離度。本實(shí)用新型的一種單刀十二擲射頻開關(guān)電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱、效果改善明顯，不僅大大提高了每條支路間的隔離度，還改善了開關(guān)整體的線性度。
[0016]以上實(shí)施方式僅用于說(shuō)明本實(shí)用新型，這些描述都是示例，并不是對(duì)本實(shí)用新型應(yīng)用范圍的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本實(shí)用新型的原理和電路模型對(duì)本實(shí)用新型做出各種變型和修改，這些變型和修改也在本申請(qǐng)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.高隔離度、低襯底泄露的射頻開關(guān)電路，其特征在于:將傳統(tǒng)的單刀多擲開關(guān)電路，多擲分組，每組并聯(lián)不超過(guò)4擲，每擲由串聯(lián)一個(gè)MOSFET stack和并聯(lián)一個(gè)MOSFET stack組成，每組電路再串聯(lián)一個(gè)MOSFET stack管，然后相互并聯(lián)到主通路；每個(gè)MOSFET管的襯底都串聯(lián)一個(gè)電容，電容的另一端接地；電路中柵極控制電壓接在每個(gè)MOSFET管的柵極，襯底控制電壓接在襯底與電容間的節(jié)點(diǎn)上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高隔離度、低襯底泄露的射頻開關(guān)電路，其特征在于:所述的電容為CMOS工藝上的電容，屬于fF的數(shù)量級(jí)。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種高隔離度、低襯底泄露的射頻開關(guān)電路，將傳統(tǒng)的單刀多擲開關(guān)電路，多擲分組，每組并聯(lián)不超過(guò)4擲，每擲由串聯(lián)一個(gè)MOSFET stack和并聯(lián)一個(gè)MOSFET stack組成，每組電路再串聯(lián)一個(gè)MOSFET stack管，然后相互并聯(lián)到主通路；每個(gè)MOSFET管的襯底都串聯(lián)一個(gè)電容，電容的另一端接地；電路中柵極控制電壓接在每個(gè)MOSFET管的柵極，襯底控制電壓接在襯底與電容間的節(jié)點(diǎn)上。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單、功耗小、電路集成度高。
【IPC分類】H03K17/687
【公開號(hào)】CN204615793
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520358124
【發(fā)明人】程知群, 顏國(guó)國(guó), 朱丹丹, 陳帥, 范凱凱, 王凱
【申請(qǐng)人】杭州電子科技大學(xué)
【公開日】2015年9月2日
【申請(qǐng)日】2015年5月28日