高掷数RF开关制造技术

一种基于高掷数多极FET的RF开关架构，其在插入损耗、返回损耗、隔离、线性度和功率处理方面提供了良好的RF性能。公共端口RFC沿公共路径耦接到多个端口RFn。实施方式引入了由状态相关逻辑控制的另外的公共RF路径分支隔离开关。分支隔离开关帮助将未使用的分支端口RFn和公共路径的未使用部分与公共路径的起作用的部分相隔离，并由此降低了可归因于这样的分支的电抗性负载，该电抗性负载使“较靠近”公共端口RFC的端口RFn的RF性能降级。还可以使用分支隔离开关来针对多路复用功能而重新配置开关架构以及出于可重新配置性目的、调谐或改变开关掷数和封装选项而重新配置单独的开关路径组。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高掷数RF开关对相关申请的交叉引用本申请要求于2016年2月9日提交的标题为“HIGHTHROW-COUNTRFSWITCH”的美国专利申请号15/019,882的优先权，该美国专利申请的全部内容通过引用并入本文。
本专利技术总体上涉及电子电路，并且更特别地涉及利用场效应晶体管(FET)的无线电频率(RF)开关电路。
技术介绍
电子信号开关被用在各种应用中。特别地，已经发现基于多极FET的RF开关架构在需要多个RF信号的发送和/或接收路径的应用中是有用的。例如，这样的开关结构在用于将多个天线耦接到多组发射/接收电路的蜂窝无线电系统中是有用的。其他示例包括自动测试设备和电子实验室台架测量设备。FET可以以各种技术来(例如，标准体硅、绝缘体上硅、蓝宝石上硅、GaNHEMT、GaAspHEMT和MESFET工艺)制造，并且通常在示意图中表示为理想的通断开关装置。然而，在许多应用中，特别是在RF电路中，FET的结构和材料可能对其自身操作(例如，关于带宽、隔离和功率处理)具有显著影响，并且FET的存在可能对电路中的其他部件具有显著影响。产生这样的影响部分地是因为“闭合”或“通”(即低阻抗或导通)的FET具有非零电阻，而“打开”或“断”(即高阻抗或阻塞)的FET表现为由于接近各种半导体结构而产生的寄生电容引起的电容器，特别是在集成电路(IC)的紧密范围内。此外，在基于多极FET的RF开关IC中，添加的阻抗元件(例如，电感器和/或传输线)以及由FET之间的互连和其他电路结构引起的寄生电感使这样的IC的设计复杂化。迄今为止，这样的复杂性已经将基于多极FET的RF开关中的可用发送和/或接收路径的数目限制为大约8个端口(加上公共端口)，并且RF性能低于恒星。通常，增加RF开关的路径数目会引起带宽和插入损耗(IL)的权衡。此外，增加掷数会沿信号路径产生额外的寄生电感，这会由于在不同信号路径起作用时的不对称性而降低性能。例如，常规的8或12掷固态开关通常被限制于大约3GHz的宽带响应。作为另一示例，已经产生了具有最高达大约8GHz的有用带宽，但是以插入损耗、返回损耗质量、隔离度和线性/功率压缩点为代价的在GaAs中制造的一些8掷开关。因此，需要提供良好RF性能的基于高掷数多极FET的RF开关架构。本专利技术满足了这样的需求。
技术实现思路
本专利技术包括基于高掷数多极FET的RF开关架构，其在插入损耗、返回损耗、隔离、线性度和功率处理方面提供了良好的RF性能。一般地，本专利技术的实施方式引入了由状态相关逻辑控制的另外的公共RF路径分支隔离开关。还可以使用公共RF路径分支隔离开关来针对多路复用功能而重新配置开关架构以及针对可重新配置性而重新配置单独的开关路径组。在各种实施方式中，公共端口RFC沿公共路径耦接到多个信号端口RFn。每个端口RFn通过串联分流开关元件而连接到公共路径，该串联分流开关元件包括FET串联开关和连接到电路地的FET分流开关。为了通过公共路径将任何端口RFn耦接到公共端口RFC，对应的串联开关被设置成通，对应的分流开关被设置成断。为了将任何端口RFn与公共端口RFC去耦接，对应的串联开关被设置成断，对应的分流开关被设置成通。控制电路耦接到每个RFn端口的每个FET的栅极，以便以已知方式来设置这样的通或断状态。添加的分支隔离开关通常是断(阻塞)，并且仅当相关联的“远侧”端口RFn要耦接到公共端口RFC时才被导通(导电)。每个分支隔离开关的断状态帮助将不起作用的分支端口RFn和公共路径的未使用部分与公共路径的起作用的在使用部分相隔离。因此，使用分支隔离开关来有效地断开(即，隔离开)不起作用的分支，并由此降低了可归因于这样的分支的电抗性负载，该电抗性负载否则会使“较靠近”公共端口RFC的端口RFn的RF性能降级。降低公共RF连接端口上的电抗性负载可以显著扩展工作带宽。本专利技术的实施方式利用多于8的开关掷数在高频下提供良好的RF性能，同时超过在相同或较低的频率下利用8或少于8的掷数的常规开关电路的RF性能。在附图和以下描述中阐述了本专利技术的一个或更多个实施方式的细节。根据描述和附图以及根据权利要求，本专利技术的其他特征、目的和优点将是明显的。附图说明图1是示出了设计高掷数RF开关的一些挑战的基于多极FET的RF开关架构的示意图。图2A是示出了当RF1为通并且所有其他路径均为断时的等效电路的高掷数RF开关的一种特定配置的示意图。图2B是示出了当RF12为通并且所有其他路径均为断时的等效电路的高掷数RF开关的一种特定配置的示意图。图3是根据本专利技术的高掷数RF开关的第一实施方式的示意图。图4是根据本专利技术的高掷数RF开关的第二实施方式的示意图。图5是根据本专利技术的高掷数RF开关的第三实施方式的示意图。图6A是通过作为高掷数RF开关的一个分支的电感器L而连接到公共端口RFC的高隔离串联分流开关元件的框图。图6B是具有吸收性终止电路并且通过作为高掷数RF开关的一个分支的电感器L而连接到公共端口RFC的高隔离串联分流开关元件的框图。图7是具有若干可选配置的分支隔离(B1)开关的示意图。各附图中相同的附图标记和名称表示相同的元件。具体实施方式本专利技术包括基于高掷数多极FET的RF开关架构，其在插入损耗、返回损耗、隔离、线性度和功率处理方面提供良好的RF性能。一般地，本专利技术的实施方式引入了由状态相关逻辑控制的另外的公共RF路径分支隔离开关。还可以使用公共RF路径分支隔离开关来针对多路复用功能而重新配置开关架构以及针对可重新配置性而重新配置单独的开关路径组。设计挑战图1是示出了设计高掷数RF开关的一些挑战的基于多极FET的RF开关架构100的示意图。在所示的示例中，沿公共路径102(以粗体示出)将公共端口RFC耦接到多个信号端口RFn；作为示例示出了12个信号端口。以端口RF2作为单元电池的示例，每个端口通过串联分流开关元件103而连接到公共路径102，串联分流开关元件103包括FET串联开关104和耦接在电路地与对应的端口之间的FET分流开关106(其他端口RFn的对应附图标记已被省略以避免混乱)。为了通过公共路径102将任何端口RFn耦接到公共端口RFC，对应的串联开关104被设置成通(导通)并且对应的分流开关106被设置成断(阻塞)。为了将任何端口RFn与公共端口RFC去耦接，对应的串联开关104被设置成断并且对应的分流开关106被设置成通。未示出的控制电路耦接到每个RFn端口的每个FET的栅极，以便以已知方式来设置这样的通或断状态。在实际集成电路(IC)布局中，沿公共路径102的寄生电感和电容不能实现针对所有状态/路径的良好返回损耗。这样的电感在图1中被示出为等效分立电感器108，但是，每个子路径的电感值通常不同。一些路径可能受益于公共路径电感，而其他路径可能会劣化。例如，如果RF12路径为通而所有其他路径都为断，则来自所有断路径的分布式电容负载可以通过传输线的L-C-L-C近似方法可接受地调整性能。然而，当RF1为通而所有其他路径都为断时，由此产生的过大寄生负载会严重抑制RF1的性能。例如，图2A是示出了当RF1为通并且所有其他路径均为断时的等效电路的高掷数RF开关200的一种特定配置的示意图。更具体地，在所示示例中，公共端口RFC耦接到起作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高掷数多极RF开关，包括：(a)公共端口；(b)至少两个分支，每个分支包括至少一个信号端口；以及(c)连接在所述公共端口与所述至少两个分支中对应的一个之间的至少一个分支隔离开关；其中，当所选信号端口耦接到所述公共端口时，所述所选信号端口与所述公共端口之间的任何分支隔离开关被配置于导通状态，并且所有其他分支隔离开关被配置于阻塞状态。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.09 US 15/019,8821.一种高掷数多极RF开关，包括：(a)公共端口；(b)至少两个分支，每个分支包括至少一个信号端口；以及(c)连接在所述公共端口与所述至少两个分支中对应的一个之间的至少一个分支隔离开关；其中，当所选信号端口耦接到所述公共端口时，所述所选信号端口与所述公共端口之间的任何分支隔离开关被配置于导通状态，并且所有其他分支隔离开关被配置于阻塞状态。2.根据权利要求1所述的高掷数多极RF开关，其中，至少一个分支隔离开关是FET。3.根据权利要求1所述的高掷数多极RF开关，其中，至少一个分支隔离开关包括FET堆。4.根据权利要求1所述的高掷数多极RF开关，其中，至少一个分支隔离开关选自于双极结型晶体管、PIN二极管或微电子机械系统开关中的一个。5.根据权利要求1所述的高掷数多极RF开关，其中，所述公共端口是未连接的，并且所述RF开关被配置成作为矩阵开关工作以允许所选信号端口连接到所选组的其他信号端口中的任何信号端口。6.根据权利要求1所述的高掷数多极RF开关，其中，至少一个分支包括高隔离串联分流开关元件。7.根据权利要求6所述的高掷数多极RF开关，其中，所述至少一个高隔离串联分流开关元件包括吸收性终止电路。8.根据权利要求1所述的高掷数多极RF开关，还包括可操作地耦接到所述公共端口的终止电路。9.一种高掷数多极RF开关，包括：(a)至少一个公共路径；(b)耦接到所述至少一个公共路径的公共端口；(c)至少两个分支，每个分支包括通过串联分流开关元件耦接到所述公共路径中的一个的至少一个信号端口；以及(d)连接到所述公共端口与所述至少两个分支中对应的一个之间的所述公共路径中的一个的至少一个分支隔离开关；其中，当所选信号端口耦接到所述公共端口时，所述所选信号端口与所述公共端口之间的任何分支隔离开关被配置于导通状态，并且所有其他分支隔离开关被配置于阻塞状态。10.根据权利要求9所述的高掷数多极RF开关，其中，所述公共端口耦接在所述至少一个公共路径的端之间。11.根据权利要求9所述的高掷数多极RF开关，其中，至少一个分支隔离开关是FET。12.根据权利要求9所述的高掷数多极RF开关，其中，至少一个分支隔离开关包括FET堆。13.根据权利要求9所述的高掷数多极RF开关，其中，至少一个分支隔离开关选自于双极结型晶体管、PIN二极管或微电子机械系统开关中的一个。14.根据权利要求9所述的高掷数多极RF开关，其中，至少一个串联分流开关元件包括：(1)耦接在对应的信号端口与相关联的公共路径之间的串联FET；以及(2)耦接在这样的对应的信号端口与电路地之间的分流FET。15.根据权利要求9所述的高掷数多极RF开关，其中，所述公共端口是未连接的，并且所述RF开关被配置成作为矩阵开关工作以允许所选信号端口连接到所选组的其他信号端口中的任何信号端口。16.根据权利要求9所述的高掷数多极RF开关，其中，至少一个分支包括高隔离串联分流开关元件。17.根据权利要求16所述的高掷数多极RF开关，其中，所述至少一个高隔离串联分流开关元件包括吸收性终止电路。18.根据权利要求9所述的高掷数多极RF开关，还包括可操作地耦接到所述公共端口的终止电路。19.一种高掷数多极RF开关，包括：(a)公共路径；(b)耦接到所述公共路径的公共端口；(c)多个区段，每个区段包含通过串联分流开关元件耦接到所述公共路径的至少一个信号端口；以及(d)连接到两个相邻区段之间的所述公共路径的至少一个隔离开关；其中，当所选信号端口耦接到所述公共端口时，所述所选信号端口与所述公共端口之间的任何隔离开关被配置于导通状态，并且所有其他隔离开关被配置于阻塞状态。20.根据权利要求19所述的高掷数多极RF开关，其中，所述公共端口耦接在所述公共路径的端之间以限定至少两组区段。21.根据权利要求19所述的高掷数多极RF开关，其中，至少一个隔离开关是FET。22.根据权利要求19所述的高掷数多极RF开关，其中，至少一个隔离开关包括FET堆。23.根据权利要求19所述的高掷数多极RF开关，其中，至少一个隔离开关选自于双极结型晶体管、PIN二极管或微电子机械系统开关中的一个。24.根据权利要求19所述的高掷数多极RF开关，其中，至少一个串联分流开关元件包括：(1)耦接在对应的信号端口与所述公共路径之间的串联FET；以及(2)耦接在这样的对应的信号端口与电路地之间的分流FET。25.根据权利要求19所述的高掷数多极RF开关，其中，所述公共端口是未连接的，并且所述RF开关被配置成作为矩阵开关工作以允许所选信号端口连接到所选组的其他信号端口中的任何信号端口。26.根据权利要求19所述的高掷数多极RF开关，其中，至少一个串联分流开关元件是高隔离串联分流开关元件。27.根据权利要求25所述的高掷数多极RF开关，其中，所述至少一个高隔离串联分流开关元件包括吸收性终止电路。28.根据权利要求19所述的高掷数多极RF开关，还包括可操作地耦接到所述公共端口的终止电路。29.一种高掷数多极RF开关，包括：(a)公共端口；以及(b)通过对应的子分区隔离开关耦接到所述公共端口的多个子分区，每个子分区包含：(1)在一端耦接到对应的子分区隔离开关的公共路径；(2)多个区段，每个区段包含通过串联分流开关元件耦接到这样的公共路径的至少一个信号端口；以及(3)连接到两个相邻区段之间的所述公共路径的至少一个区段隔离开关；其中，当一个区段内的所选信号端口耦接到所述公共端口时，用于包含这样的所选信号端口的子分区的子分区隔离开关以及所述所选信号端口与所述公共端口之间的任何区段隔离开关被配置成设置为导通状态，并且所有其他子分区隔离开关和区段隔离开关被配置成设置为阻塞状态。30.根据权利要求29所述的高掷数多极RF开关，还包括多个交叉连接开关对，其中，至少一个这样的交叉连接开关对彼此连接并且与所述多个子分区中的两个子分区的公共路径连接于这样的公共路径的与耦接到对应的子分区隔离开关的端相对的端。31.根据权利要求30所述的高掷数多极RF开关，还包括耦接在至少一个交叉连接开关对之间的公共连接端口。32.根据权利要求29所述的高掷数多极RF开关，其中，所述公共端口耦接在所述公共路径的端之间以限定至少两组区段。33.根据权利要求29所述的高掷数多极RF开关，其中，至少一个子分区和区段隔离开关是FET。34.根据权利要求29所述的高掷数多极RF开关，其中，至少一个子分区和区段隔离开关包括FET堆。35.根据权利要求29所述的高掷数多极RF开关，其中，至少一个子分区和区段隔离开关选自于双极结型晶体管、PIN二极管或微电子机械系统开关中的一个。36.根据权利要求29所述的高掷数多极RF开关，其中，至少一个串联分流开关元件包括：(1)耦接在对应的信号端口与相关联的公共路径之间的串联FET；以及(2)耦接在这样的对应的信号端口与电路地之间的分流FET。37.根据权利要求29所述的高掷数多极RF开关，其中，所述公共端口是未连接的，并且所述RF开关被配置成作为矩阵开关工作以允许所选信号端口连接到所选组的其他信号端口中的任何信号端口。38.根据权利要求29所述的高掷数多极RF开关，...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃里克·S·夏皮罗，佩曼·尚贾尼，
申请(专利权)人：派赛公司，
类型：发明
国别省市：美国,US