基于功率分配和阻抗变换网络技术的对称单刀双掷开关制造技术

本发明专利技术公开了一种基于功率分配和阻抗变换网络技术的对称单刀双掷开关，包括:TX支路与RX支路，所述TX支路包括：第一ITN单元，设置在射频信号注入端TX端口，输出端形成第一观察节点；两个并列的第一路径和第二路径，经由第一观察节点分成，输出端合并至第二观察节点；所述RX支路包括：第二ITN单元，设置接收端RX端口；两个并列的第三路径和第四路径，与第二ITN单元的连接处形成第三观察节点，并在并联后合并至第二观察节点；该对称单刀双掷开关还包括：第三ITN单元，设置在ANT端口，并且连接在第二观察节点。在TX模式下，RF信号不会流入RX分支。本发明专利技术所提出来的无源式开关设计打破了传统由于有源器件缩放而对基于硅的开关设计的功率处理能力的基本限制，基于对称bulk CMOS技术采用功率分配和阻抗变换网络(ITN)技术相结合，使用无源方式提高毫米波单刀双掷开关P1dB。P1dB。P1dB。

【技术实现步骤摘要】
基于功率分配和阻抗变换网络技术的对称单刀双掷开关


[0001]本专利技术属于射频
，具体涉及一种基于功率分配和阻抗变换网络技术的对称 单刀双掷开关

技术介绍

[0002]单刀双掷(SPDT)开关已广泛应用于无线网络，尤其是时分复用(TDD)系统。从 单刀双掷开关设计的角度来看，架构可以分为两类：非对称和对称。与对称架构中设计 的对应架构相比，非对称架构可能提供更好的功率处理能力。然而，使用非对称架构的 SPDT开关的设计过程比对称设计更复杂。因此，以前发表的文献中的大部分工作都集 中在对称SPDT开关设计上。此外，还应考虑一些设计权衡，包括插入损耗(IL)、隔 离度(ISO)、功率处理能力(1dB压缩点(P1dB)和三阶截获点(IP3)))和成本。
[0003]虽然近些年bulk CMOS技术实现的高性能SPDT开关，但当频率升至毫米波频段 时仍然三五族化合物技术的性能较为卓越。为了进一步降低单刀双掷开关设计成本，学 术界和工业界在硅基毫米波单刀双掷开关设计方面做出了广泛的努力，特别是使用bulkCMOS技术。过去十年。低损耗和高隔离开关设计已取得多项突破。然而，功率处理 能力仍然是有限的，尤其在P1dB方面。采用bulk CMOS技术设计的基于变压器的2路 功率组合E波段和W波段功率放大器(PA)可提供15dBm的饱和输出功率。因此，SPDT 开关所需的P1dB必须至少高于15dBm。然而，这目前不适用于基于bulk CMOS的设 计，并且大多数在E和W波段工作的CMOS开关的P1dB只有大约10dBm。虽 然通过使用负偏置电压和堆叠晶体管可以显着改善P1dB，但由于物理限制，它通常不 用于基于bulk CMOS的设计。因此寻找一个可以在bulk CMOS技术下，实现高功率处 理处理能力，高隔离度和低损耗的开关显得尤为重要又具有挑战。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
[0005]为此，本专利技术的目的在于提出一种基于功率分配和阻抗变换网络技术的对称单刀双 掷开关。为了实现上述目的，本专利技术所要解决的技术问题在于一种基于功率分配和阻抗 变换网络技术的对称单刀双掷开关，由于有源器件几乎达到了它的根本极限，解决上述 问题的唯一途径是从无源设计的角度探索可能性，本专利技术采用功率分配和阻抗变换网络(ITN)技术相结合，利用无源方式提高毫米波单刀双掷开关P1dB。
[0006]一种基于功率分配和阻抗变换网络技术的对称单刀双掷开关，包括:TX支路与RX 支路，所述TX支路包括：
[0007]第一ITN单元，设置在射频信号注入端TX端口，输出端形成第一观察节点；
[0008]两个并列的第一路径和第二路径，经由第一观察节点分成，输出端合并至第二观察 节点；
[0009]所述RX支路包括：
[0010]第二ITN单元，设置接收端RX端口；
[0011]两个并列的第三路径和第四路径，与第二ITN单元的连接处形成第三观察节点，并 在并联后合并至第二观察节点；
[0012]该对称单刀双掷开关还包括：
[0013]第三ITN单元，设置在ANT端口，并且连接在第二观察节点。
[0014]进一步地，所述第一ITN单元、第二ITN单元以及第三ITN单元结构相同，均包 括一电感以及一电容组成的LC网络。
[0015]进一步地，所述第一路径和第二路径包括两个串联的30Ω四分之一波长传输线TL， 两个30Ω四分之一波长传输线TL之间形成第四观察节点，通过第四观察节点连接一集 总电感器L
T
接地，并通过第四观察节点连接在一开关n型场效应晶体管的漏极，开关n 型场效应晶体管的基极通过一电阻与输入电压连接，开关n型场效应晶体管的源极接地。
[0016]进一步地，所述第三路径和第四路径结构与第一路径和第二路径结构相同。
[0017]进一步地，在TX模式下，TX支路的两个开关n型场效应晶体管关闭，在所述第 四观察节点形成高阻抗，同时，RX支路的两个开关n型场效应晶体管导通，在所述第 三观察节点形成低阻抗。
[0018]进一步地，标准50Ω阻抗与由ITN单元传输的内部阻抗之间的比率n为1.7。
[0019]进一步地，所述对称单刀双掷开关采用55纳米bulk CMOS技术实现，开关n型场 效应晶体管的宽度值为50μm。
[0020]进一步地，开关n型场效应晶体管的基极连接的电阻的阻值为10K。
[0021]本专利技术的有益效果：
[0022]本专利技术提出了一种基于功率分配和阻抗变换网络技术的对称单刀双掷开关，
[0023]解决经典并联晶体管和四分之一波长传输线的单刀双掷开关的弱点，经典的当开关 工作在TX模式时，分流连接的晶体管被关闭，它通过观察地面与分流连接的TL一 起提供高阻抗。因此，RF信号可以从TX端口传输到ANT端口。根据计算，对于 65
‑
nm CMOS技术，3.6dBm传输的RF信号可能会打开截止状态的开关晶体管。
[0024]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0025]图1示出了本专利技术所提出的基于功率分配和阻抗变换网络技术的对称单刀双掷开关 结构示意图；
[0026]图2示出了本专利技术所述的开关中使用的TL(针对30Ω阻抗)的横截面图具体物理 尺寸；
[0027]图3示出了本专利技术所述开关仿真的输入和输出回波损耗果；
[0028]图4示出了本专利技术所述开关IL的仿真测试结果；
[0029]图5示出了本专利技术所述开关的P1dB仿真测试。
具体实施方式
[0030]为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实
施 方式对本专利技术进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实 施例及实施例中的特征可以相互结合。
[0031]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以 采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本专利技术的保护范围并不限于下面公 开的具体实施例的限制。
[0032]图1示出了本专利技术所提出的基于功率分配和阻抗变换网络技术的对称单刀双掷开关 结构示意图。
[0033]一种基于功率分配和阻抗变换网络技术的对称单刀双掷开关，包括:TX支路与RX 支路，TX支路是发射支路，RX支路为接收支路，TX支路包括：第一ITN单元，设置 在射频信号注入端TX端口，输出端形成第一观察节点A；通过第一观察节点A分为两 路，为结构相同的第一路径和第二路径，经由第一观察节点A分成，输出端合并至第二 观察节点D；RX支路包括：第二ITN单元，设置接收端RX端口；
[0034]两个并列的第三路径和第四路径，与第二ITN单元的连接处形成第三观察节点E， 并在并联后合并至第二观察节点D；该对称单刀双掷开关还包括：第三ITN单元，设置 在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于功率分配和阻抗变换网络技术的对称单刀双掷开关，其特征在于，包括:TX支路与RX支路，所述TX支路包括：第一ITN单元，设置在射频信号注入端TX端口，输出端形成第一观察节点；两个并列的第一路径和第二路径，经由第一观察节点分成，输出端合并至第二观察节点；所述RX支路包括：第二ITN单元，设置接收端RX端口；两个并列的第三路径和第四路径，与第二ITN单元的连接处形成第三观察节点，并在并联后合并至第二观察节点；该对称单刀双掷开关还包括：第三ITN单元，设置在ANT端口，并且连接在第二观察节点。2.按照权利要求1所述的对称单刀双掷开关，其特征在于，所述第一ITN单元、第二ITN单元以及第三ITN单元结构相同，均包括一电感以及一电容组成的LC网络。3.按照权利要求1所述的对称单刀双掷开关，其特征在于，所述第一路径和第二路径包括两个串联的30Ω四分之一波长传输线TL，两个30Ω四分之一波长传输线TL之间形成第四观察节点，通过第四观察节点连接一集总电感器L
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈力生，
申请(专利权)人：陈力生，
类型：发明
国别省市：