偏置开关的方法和装置制造方法及图纸

公开了偏置开关的方法和装置。提供控制电路用于控制用作开关的场效应晶体管的栅极端子处的电压。在例如晶体管的源极端子处的电压可以提供给低通滤波器，然后被电压转换以提供栅极信号。滤波可以被布置为补偿晶体管内的寄生电容的影响，从而使其频率响应线性化。电压转换可以帮助限制晶体管的栅极和沟道之间的电压差。这是重要的，因为可能在微波电路中使用的相对快速的晶体管可能在其栅极处具有相对适度的电压而失效。

Bias switch method and device

Methods and apparatus for biasing switches are disclosed. A control circuit is provided for controlling the voltage at the gate terminal of the field effect transistor used as a switch. At the source terminal of the transistor, for example, the voltage may be supplied to the low pass filter and then converted to voltage to provide a gate signal. The filter may be arranged to compensate for the influence of parasitic capacitance in the transistor, thereby linearizing its frequency response. Voltage conversion can help limit the voltage difference between the gate and channel of a transistor. This is important because relatively fast transistors that may be used in microwave circuits may fail at a relatively moderate voltage at their gates.

【技术实现步骤摘要】
偏置开关的方法和装置
本公开涉及用于偏置在使用中可暴露于低频或直流(DC)信号的晶体管开关的方法和装置。晶体管开关也可以通过高频分量，例如射频(RF)或微波信号。晶体管开关可暴露于具有相对高功率电平的信号。
技术介绍
已知使用通常由场效应晶体管(FET)形成的电控开关来控制信号从一个位置到另一个位置的传播。FET的阻抗通常由其栅极和源极端子之间的栅极到源极电压控制。栅极电压通常从控制电路导出，因此经常被限制为在对应于具有开关“导通”和具有开关“关断”的两个值之间切换。作为该约束的结果，FET的源极端子处的DC电压的变化具有修改FET的操作的潜力。通常不希望FET的状态可能由其信号输入处的DC条件改变。本公开的方面涉及用于解决这个问题的方法和装置。
技术实现思路
根据本公开的第一方面，公开了响应于开关控制信号的开关。开关包括至少一个级，并且优选地是串联连接的多个级。至少一个，优选至少两个级包括第一信号端子；第二信号端子；以及连接在第一和第二信号端子之间的电可控阻抗。电可控阻抗被布置成响应于提供给该级的控制信号而改变其阻抗。该级进一步包括级控制电路。控制电路具有用于接收级控制信号的第一控制电路输入和可操作地连接到级的第一信号端子或第二信号端子的第二控制信号输入。级控制电路适于根据其第一和第二控制电路输入处的电压产生用于电可控阻抗的控制信号。有利地，级(或每个级)中的电可控阻抗可以是场效应晶体管。这种晶体管可以表现出在高阻抗状态和低阻抗状态之间的快速切换。有利地，用于电可控阻抗的级控制信号包括来自提供给级的第一信号端子或第二信号端子或级之一的信号的频率分量。该信号的分量可以被滤波到期望的频率范围。例如，滤波器可以是低通滤波器，使得信号的分量从DC延伸到在断点之后逐渐衰减之前的第一断点。优选地，基于与一级或多级的电可控阻抗相关联的寄生分量的大小的知识或者由寄生分量形成的寄生滤波器的滤波器响应和电阻的电阻来选择低通滤波器截止频率与门相关联。根据本公开的第二方面，提供了一种控制开关的方法，所述方法包括从开关级或多个串联连接的开关级形成开关，所述或每个开关级包括连接在第一和第二信号端子之间的相应的场效应晶体管。该方法进一步包括修改在该场效应晶体管或每个场效应晶体管处的控制信号的频率含量，以便补偿与晶体管相关联的寄生分量和/或修改晶体管的控制端子处的电压，以考虑瞬时门源极(或栅极到沟道)电压差。根据本公开的第三方面，提供了一种用于场效应晶体管开关的控制电路。控制电路包括形成滤波信号的低通滤波器。低通滤波器具有可操作地连接以从晶体管开关的一侧接收信号的输入。滤波信号用于产生提供给场效应晶体管开关的控制端的可变信号。附图说明将通过非限制性示例的方式进一步描述本公开的实施例，其中：图1示出了具有隔直流电容器的基于FET的开关；图2示出了直接耦合在输入和输出端子之间的FET开关；图3示意性地示出了根据本公开的教导的控制布置，以解决与图2的直接耦合开关相关联的一些问题；图4更详细地示出本公开的实施例；图5示出了根据本公开的开关布置，其中开关包括多个串联连接的级；图6示出了根据本公开的教导的另一布置；图7是控制装置的实施例的电路图；图8是根据本公开的教导的控制电路和开关的另一实施例的电路图；图9是低通滤波器的相对频率响应和晶体管在导通状态下的频率响应的曲线图；图10是本公开的另一实施例的示意图；和图11示出了已知的自举电路。具体实施方式某些实施例的以下详细描述呈现了具体实施例的各种描述。然而，本文所描述的创新可以以多种不同的方式实施，例如，如权利要求所限定和涵盖的。在本说明书中，参考附图，其中相同的附图标记可以表示相同或功能相似的元件。应当理解，图中所示的元件不一定按比例绘制。此外，将理解，某些实施例可以包括比附图中示出的更多元件和/或附图中示出的元件的子集。此外，一些实施例可以结合来自两个或更多个附图的特征的任何合适的组合。已知的是，通常由场效应晶体管形成的电控开关可用于选择性地阻挡或传递信号。这些开关中的许多开关可以形成在集成电路上，在相应的反向偏置阱中，或者如绝缘体上硅(SOI)制造领域的技术人员已知的在相应绝缘阱中。然而，如稍后将更详细地讨论的，由晶体管开关处理的信号的电压和频率可导致晶体管开关的控制的丧失，并且还可能导致设备故障。本公开讨论了缓解这些问题的方法。对用于信号开关的晶体管的需求可意味着，为了获得适当快速的晶体管，如果栅极到沟道电压超过相对适度的电压差，则晶体管可能遭受击穿。晶体管的栅极和沟道之间发生击穿的电压可以与晶体管可能暴露的峰-峰信号幅度相当。本公开使得晶体管栅极电压能够跟踪晶体管的沟道所见的电压，从而允许解决晶体管击穿的风险。使栅极电压跟踪沟道电压(其可以是第一信号端子处的电压，第二信号端子处的电压或第一和第二信号端子的电压中间的电压)的能力，还减少了级的晶体管中的信道感应的通道阻抗变化。栅极电压跟踪的已知方法依赖于创建由在源极和栅极之间的第一电容器(实际或寄生)形成的高通滤波器；在漏极和栅极之间的第二电容器(寄生或实际)以及与所述栅极和RF地串联的相对高阻抗的电阻器。这种布置在图11中示出。在图11中，晶体管2连接在表示电压V1和V2的信号端子的两个节点3和4之间。如果我们假设晶体管正在通过角频率ω的高频信号，则电容器ZC的阻抗为我们可以看到，电容器用作分压器。如果通过串联栅极电阻RG施加DC或低频栅极电压VGATECONTROL，则我们创建自举布置，其中栅极电压是电压VGATECONTROL和由电容分压器提供的电压的和。如果电容分压器由与晶体管相关联的寄生电容器形成，则可以合理地假设C1＝C2，因此晶体管2的栅极电压为：这种布置提供了开关在高频下的改进的电压处理。然而，该方法不如DC下的频率下降和故障那么好地工作。分压器的电容与栅极电阻器RG的阻抗相互作用以形成高通滤波器。接近和低于滤波器的截止频率，随着电容器的阻抗相对于电阻器RG的阻抗增加，栅极电压在跟踪源极和漏极电压方面变得不太好。结果，开关的功率处理和线性降级，因为在关断状态下，大信号具有将开关接通的电位，并且在接通状态下，大信号可以开始促使开关关断。与现有技术方法相关联的问题可以部分地通过增加RG的大小来减轻。然而，具有1pF的寄生电容C1和C2的1mm晶体管将导致RG对于在1KHz下对于某些应用的操作而言大于100MOhm。这种尺寸的电阻器在晶片上是大的，并且不是成本有效的，该方法在甚至更低的频率或接近DC(0Hz)也不能很好地工作。该方法的另一个缺点是增加栅极电阻增加了对寄生电容进行充电和放电的时间，以便接通或关断晶体管。这意味着设备对控制信号的响应相对较慢。从上述可以看出，应当仔细地进行栅极电压跟踪，以避免跟踪电路通过经由开关引入新的信号传播路径而变成失真源，其中传播路径具有随频率变化的阻抗，或者其中跟踪电路引入不期望的控制延迟。专利技术人认识到为了在低频获得电压跟踪，期望对输入信号进行低通滤波，以产生低通滤波信号，然后对其进行第一电压变换过程，以提供第一级控制信号以将晶体管开关切换到导通状态，和第二电压转换过程以形成第二级控制信号以将晶体管切换到非导通状态。优选地，注意控制低频电压跟踪状态和较高频率电压跟踪状态之间的转变，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种响应于开关控制信号的开关，所述开关包括一个或多个级，所述级中的至少第一级包括：第一信号端子；第二信号端子；连接在所述第一和第二信号端子之间的电可控阻抗，所述电可控阻抗被布置成响应于级控制信号而改变其阻抗；和级控制电路，其具有被配置为接收开关控制信号的第一控制电路输入端；其中，所述级控制电路具有响应于所述第一信号端子或所述第二信号端子处的信号电压的第二控制电路输入，在所述信号电压的路径中提供低通滤波器，并且所述级控制电路适于：产生作为所述第一和第二控制电路输入处的电压的函数的所述级控制信号。

【技术特征摘要】
2015.11.16 US 14/942,6371.一种响应于开关控制信号的开关，所述开关包括一个或多个级，所述级中的至少第一级包括：第一信号端子；第二信号端子；连接在所述第一和第二信号端子之间的电可控阻抗，所述电可控阻抗被布置成响应于级控制信号而改变其阻抗；和级控制电路，其具有被配置为接收开关控制信号的第一控制电路输入端；其中，所述级控制电路具有响应于所述第一信号端子或所述第二信号端子处的信号电压的第二控制电路输入，在所述信号电压的路径中提供低通滤波器，并且所述级控制电路适于：产生作为所述第一和第二控制电路输入处的电压的函数的所述级控制信号。2.根据权利要求1所述的开关，其中所述开关包括串联连接的多个级，其中所述多个级中的第二级包括第二电可控阻抗和第二级控制电路。3.根据权利要求1所述的开关，其中所述低通滤波器的输入可操作地连接到所述第一和第二信号端子之一，并且所述低通滤波器的输出可操作地连接到所述第二控制电路输入。4.根据权利要求3所述的开关，其中，基于所述第一和第二信号端子之间的电可控阻抗的高通频率响应来选择所述低通滤波器的低通滤波器响应中的断点。5.根据权利要求3所述的开关，其中，由低通滤波器输出的电压被电压转换以形成级控制信号。6.根据权利要求5所述的开关，其中，由低通滤波器输出的电压由第一电压转换器进行电压转换，以形成对应于级控制信号的信号电平的第一中间信号，以使开关导通。7.根据权利要求6所述的开关，其中，由所述低通滤波器输出的电压由第二电压转换器进行电压转换，以形成对应于所述级控制信号的信号电平的第二中间信号，以使所述开关抑制信号流在第一和第二信号端子之间。8.根据权利要求7所述的开关，进一步包括选择器，被配置为响应于所述开关控制信号输出所述第一和第二中间信号中的一个作为所述级控制信号。9.根据权利要求1所述的开关，其中，所述至少一个级的电控阻抗包括场效应晶体管。10.根据权利要求1所述的开关，其中所述一个或多个级包括两级，每级具有相应级控制电路，所述两级的级控制电路的输出被提供给差分电路，所述差分电路被布置成形成至少一个进一步的控制信号具有在两级的级控制电路的输出之...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·T·卡维斯，T·库尔克尤克鲁，Y·A·阿特赛尔，
申请(专利权)人：亚德诺半导体集团，
类型：发明
国别省市：百慕大群岛,BM