一种CMOS毫米波超宽带并联非对称单刀双掷开关制造技术

本实用新型专利技术公开了一种CMOS毫米波超宽带并联非对称单刀双掷开关，属于射频集成电路技术领域。该开关由三个NMOS晶体管、三个片上电阻器、三个片上电感器、一个片上电容器、射频发射端口、射频接收端口、天线端口、收发选择控制端口和接地端口组成，其中，TX支路由两个NMOS晶体管和两个片上电阻组成Cascode并联结构，RX支路由一个NMOS晶体管和一个片上电阻组成单晶体管并联结构。本实用新型专利技术能够有效降低TX支路的损耗、提升TX支路的线性度有利于TX通道的功率传输，可用于毫米波超宽带相控阵系统前端实现高集成度、高性能的收发切换。

A CMOS millimeter wave parallel asymmetrical SPDT Switch

【技术实现步骤摘要】
一种CMOS毫米波超宽带并联非对称单刀双掷开关
本技术属于射频集成电路
，特别是指一种CMOS毫米波超宽带并联非对称单刀双掷开关。
技术介绍
开关电路通常分为接收支路（即RX支路）和发射支路（即TX支路），它们通过时分方式共享同一个天线（即ANT）。当TX支路被使能时，被功率放大器放大后的高频信号通过天线发射出去。反之，当RX支路被使能，ANT接收来的微弱信号进入到低噪声放大器被放大。通常，衡量开关的性能指标有插入损耗、隔离度、匹配和线性度等。CMOS开关的插入损耗、隔离度和匹配性能可以直接通过S参数来衡量。虽然设计开关时需要同时兼顾低插入损耗和高隔离度，但受设计工艺的限制，通常情况下低插入损耗和高隔离度是一对矛盾的指标，难以同时达到最优的极限目标，所以设计中需要进行两者性能的折中。目前，现有技术中有如下几种结构的开关电路：1）并联对称结构的CMOS开关电路，由JinHe,Yong-ZhongXiong,YuePingZhang在TMTT2012，第3113-3119页中的“AnalysisandDesignof60-GHzSPDTSwitchin130-nmCMOS”中提出。该CMOS开关收发支路都由靠近收发端口的并联NMOS晶体管和串联电感组成，由于信号通路上仅有电感和晶体管的寄生电容，因此可以获得较小的插入损耗，但并联晶体管的使用限制了开关的线性度。2）申请号为CN201510610884.7的中国专利公开了“一种CMOS开关电路”。该开关以串联-并联晶体管作为基本单元采用镜像对称的结构，实现了插入损耗和隔离度的良好折中，端口匹配通过靠近端口的串联电感实现。但该专利中没有给出指出所提出的结构具有的线性性能。3）申请号为CN201711391949.9的中国专利公开了“一种用于射频收发切换的单刀双掷开关”。该开关具有一定的增益，但是增益是以功耗为代价的。此外，有源结构与无源结构相比在匹配和线性度方面都有天然的劣势。4）申请号为CN201420836482.X的中国专利公开了“一种P波段单刀双掷开关”，其利用晶体管、电阻和电容实现了P波段专用设计，因此，该结构的开关不适用于高频特别是毫米波频段工作。5）申请号为CN201720859947.7的中国专利公开了“一种DC-20GHz吸收式单刀双掷开关”，其采用了多级串联-并联级联的方案，收发支路镜像对称。多级级联有利于隔离度和端口匹配设计，但是正如该专利中所提到的那样，多级级联需要在插入损耗和隔离度之间进行折中，甚至需要进一步考虑线性度。另外，当开关靠近天线端用于接收和发射通道的切换时，由于接收通道更关注噪声性能，发射通道更关心输出功率，此时，收发支路采用相同的结构往往不能满足应用需求。综上所述，现有技术在CMOS工艺和毫米波超宽带的条件下，无法同时兼顾接收通道低噪声和发射通道高线性的设计要求，从而制约了整个相控阵系统的性能指标。
技术实现思路
有鉴于此，本技术提出了一种CMOS毫米波超宽带并联非对称单刀双掷开关，其采用收发支路差异化的设计方案，构造了一种非对称的电路结构，能够满足收发通道对开关收发支路的不同要求。为了实现上述目的，本技术采用的技术方案为：一种CMOS毫米波超宽带并联非对称单刀双掷开关，包括第一～第三NMOS晶体管M1、M2、M3，第一～第三片上电阻器R1、R2、R3，第一～第三片上电感器L1、L2、L3，片上电容器C，射频信号接收端口RX，射频信号发射端口TX，天线端口ANT，第一、第二控制端口，以及接地端口GND；所述的第一片上电感器L1、片上电容器C、天线端口ANT以及接地端口GND一起组成ANT支路；其中，第一片上电感器L1的一端与片上电容器C的一端连接，第一片上电感器L1的另一端连接到天线端口ANT，片上电容器C的另一端连接到接地端口GND；所述的第一、第二NMOS晶体管M1、M2与第一、第二片上电阻器R1、R2，第二片上电感器L2，第一控制端口，射频信号发射端口TX，以及接地端口GND一起组成TX支路；其中，射频信号发射端口TX与第一NMOS晶体管M1的漏极相连，第一NMOS晶体管M1的源极与第二NMOS晶体管M2的漏极相连，第二NMOS晶体管M2的源极与接地端口GND连接，第一NMOS晶体管M1的栅极连接到第一片上电阻器R1的一端，第二NMOS晶体管M2的栅极连接到第二片上电阻器R2的一端，第一、第二片上电阻器R1、R2的另一端均连接到第一控制端口，第二片上电感器L2跨接在射频信号发射端口TX以及第一片上电感器L1与片上电容器C的连接点之间；所述的第三NMOS晶体管M3与第三片上电阻器R3、第三片上电感器L3、第二控制端口、射频信号接收端口RX以及接地端口GND一起组成RX支路；其中，第三NMOS晶体管M3的漏极连接到射频信号接收端口RX，第三NMOS晶体管M3的栅极与第三片上电阻器R3的一端相连，第三片上电阻器R3的另一端连接到第二控制端口，第三NMOS晶体管M3的源极与接地端口GND连接，第三片上电感器L3跨接在射频信号接收端口RX以及第一片上电感器L1与片上电容器C的连接点之间；所述第一控制端口和第二控制端口分别为一正一负。本技术采用上述技术方案所取得有益效果在于：1、相比对称开关，本技术所提出的CMOS毫米波超宽带并联非对称单刀双掷开关设计灵活性更高，能够很好地适应收发通道版图不对称的实际应用场景。2、采用本技术，可以对TX支路和RX支路进行单独优化，使TX支路同时具有低损耗和高线性度而不对RX支路的损耗产生较大影响。附图说明图1是本技术实施例中一种CMOS毫米波超宽带并联非对称单刀双掷开关的电路图。图2是图1开关在TX支路使能、RX支路关闭情况下的S-参数仿真曲线图。图3是图1开关在TX支路使能、RX支路关闭情况下的输入1dB压缩点仿真曲线图。图4是图1开关在RX支路使能、TX支路关闭情况下的S-参数仿真曲线图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本技术进行详细描述。一种CMOS毫米波超宽带并联非对称单刀双掷开关，包括第一～第三NMOS晶体管，第一～第三片上电阻器，第一～第三片上电感器，片上电容器，射频信号接收端口，射频信号发射端口，天线端口，第一、第二控制端口，以及接地端口；所述的第一片上电感器、片上电容器、天线端口以及接地端口一起组成ANT支路；其中，第一片上电感器的一端与片上电容器的一端连接，第一片上电感器的另一端连接到天线端口，片上电容器的另一端连接到接地端口；所述的第一、第二NMOS晶体管与第一、第二片上电阻器，第二片上电感器，第一控制端口，射频信号发射端口，以及接地端口一起组成TX支路；其中，射频信号发射端口与第一NMOS晶体管的漏极相连，第一NMOS晶体管的源极与第二NMOS晶体管的漏极相连，第二NMOS晶体管的源极与接地端口连接，第一NMOS晶体管的栅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CMOS毫米波超宽带并联非对称单刀双掷开关，其特征在于，包括第一～第三NMOS晶体管（M1、M2、M3），第一～第三片上电阻器（R1、R2、R3），第一～第三片上电感器（L1、L2、L3），片上电容器（C），射频信号接收端口（RX），射频信号发射端口（TX），天线端口（ANT），第一、第二控制端口，以及接地端口（GND）；/n所述的第一片上电感器（L1）、片上电容器（C）、天线端口（ANT）以及接地端口（GND）一起组成ANT支路；其中，第一片上电感器（L1）的一端与片上电容器（C）的一端连接，第一片上电感器（L1）的另一端连接到天线端口（ANT），片上电容器（C）的另一端连接到接地端口（GND）；/n所述的第一、第二NMOS晶体管（M1、M2）与第一、第二片上电阻器（R1、R2），第二片上电感器（L2），第一控制端口，射频信号发射端口（TX），以及接地端口（GND）一起组成TX支路；其中，射频信号发射端口（TX）与第一NMOS晶体管（M1）的漏极相连，第一NMOS晶体管（M1）的源极与第二NMOS晶体管（M2）的漏极相连，第二NMOS晶体管（M2）的源极与接地端口（GND）连接，第一NMOS晶体管（M1）的栅极连接到第一片上电阻器（R1）的一端，第二NMOS晶体管（M2）的栅极连接到第二片上电阻器（R2）的一端，第一、第二片上电阻器（R1、R2）的另一端均连接到第一控制端口，第二片上电感器（L2）跨接在射频信号发射端口（TX）以及第一片上电感器（L1）与片上电容器（C）的连接点之间；/n所述的第三NMOS晶体管（M3）与第三片上电阻器（R3）、第三片上电感器（L3）、第二控制端口、射频信号接收端口（RX）以及接地端口（GND）一起组成RX支路；其中，第三NMOS晶体管（M3）的漏极连接到射频信号接收端口（RX），第三NMOS晶体管（M3）的栅极与第三片上电阻器（R3）的一端相连，第三片上电阻器（R3）的另一端连接到第二控制端口，第三NMOS晶体管（M3）的源极与接地端口（GND）连接，第三片上电感器（L3）跨接在射频信号接收端口（RX）以及第一片上电感器（L1）与片上电容器（C）的连接点之间；/n所述第一控制端口和第二控制端口分别为一正一负。/n...

【技术特征摘要】
1.一种CMOS毫米波超宽带并联非对称单刀双掷开关，其特征在于，包括第一～第三NMOS晶体管（M1、M2、M3），第一～第三片上电阻器（R1、R2、R3），第一～第三片上电感器（L1、L2、L3），片上电容器（C），射频信号接收端口（RX），射频信号发射端口（TX），天线端口（ANT），第一、第二控制端口，以及接地端口（GND）；
所述的第一片上电感器（L1）、片上电容器（C）、天线端口（ANT）以及接地端口（GND）一起组成ANT支路；其中，第一片上电感器（L1）的一端与片上电容器（C）的一端连接，第一片上电感器（L1）的另一端连接到天线端口（ANT），片上电容器（C）的另一端连接到接地端口（GND）；
所述的第一、第二NMOS晶体管（M1、M2）与第一、第二片上电阻器（R1、R2），第二片上电感器（L2），第一控制端口，射频信号发射端口（TX），以及接地端口（GND）一起组成TX支路；其中，射频信号发射端口（TX）与第一NMOS晶体管（M1）的漏极相连，第一NMOS晶体管（M1）的源极与第二NMOS晶体管（M2）的漏极相...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨格亮，廖春连，陈明辉，王旭东，魏伟，吴迪，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：新型
国别省市：河北;13