射频开关电路、通信单元及其方法技术

一种射频RF开关电路，包括：至少一个第一PiN二极管装置，被配置成吸收或供应第一交流电；以及阻抗变换电路，连接到所述至少一个第一PiN二极管装置且被布置成在所述阻抗变换电路的第一侧与所述阻抗变换电路的第二侧之间提供已变换阻抗。所述RF开关另外包括：第二基于二极管的装置，被配置成供应或吸收第二交流电；以及偏置电路，连接到所述至少一个第一PiN二极管装置和所述第二基于二极管的装置中的至少一个，其中所述至少一个第一PiN二极管装置与所述第二基于二极管的装置协作而作为推挽式电流电路。挽式电流电路。挽式电流电路。

【技术实现步骤摘要】
射频开关电路、通信单元及其方法


[0001]本专利
涉及一种射频(RF)开关电路、具有射频开关电路的通信单元及其方法。本专利技术适用于但不限于基于低功率高线性度四分之一波长基于PiN二极管的RF开关电路。

技术介绍

[0002]在许多通信和高频应用中，有必要切换射频(RF)信号路径，以便将RF信号重新路由和连接到比如不同的天线、放大器和滤波器。随着多入多出(MIMO)、多波段无线第五代(5G)装置和其它先进技术尤其是便携式和电池供电式装置的发展，对更多具有更高性能的切换的需求越来越大。由于例如大小、成本和速度等竞争因素，在便携式应用中切换RF功率对机电开关来说具有挑战性。
[0003]在RF和微波工程领域，射频(RF)开关有多种形式，其中PiN二极管RF开关特别受欢迎。PiN二极管是在p型半导体区与n型半导体区之间具有宽的未掺杂本征半导体区的二极管。PiN二极管在射频和微波频率下通常表现为电流受控制的非线性电阻器和电容器/变抗器。像传统PN二极管一样，PiN二极管当正向偏置时允许电流在一个方向上流动，但当反向偏置时不允许电流在另一方向上流动。PiN二极管作为λ/4开关拓扑中的分路开关装置具有极好的小信号性能，并且由于PiN二极管中的未掺杂本征半导体区在反向偏置时降低了关断状态电容，PiN二极管通常由于其更好的插入损耗和更高的隔离性能而成为首选的RF开关。然而，尽管PiN二极管相对于例如互补金属氧化物半导体(CMOS)开关和微机电系统(MEMS)结构等其它非机械选项具有一些独特优势，但除非清楚了解其特性，否则很难设计成电路。
[0004]RF PiN二极管开关通常在利用四分之一波长(λ/4)传输线(TL)的印刷电路板或单片微波集成电路上实现，如图1所示。图1示出已知RF前端(FE)电路的图100，所述RF前端(FE)电路包括通过λ/4 TL152连接的接收侧110和天线/传输侧150。在具有PiN二极管装置的传统(λ/4)开关中，仅应用单向PiN二极管132作为分路开关。第一直流偏置160经由第一电阻器162施加到连接至PiN二极管132的正结的第一端口130，且第二直流偏置170经由第二电阻器172施加到连接至PiN二极管132的负结的第二端口140，其中交流去耦电容器142连接到地102。在传输模式下操作时，第一直流偏置160被布置成高于第二直流偏置170，然后PiN二极管132被
‘
接通
’
。节点120通过分路开关PiN二极管132短接到交流地，并且λ/4传输线从节点120处的低阻抗变换到Node B 150处的高阻抗。在节点120处存在小的电压摆幅但是非常大的电流摆幅，因此分路开关PiN二极管132需要处理大量的RF电流摆幅。由于PiN二极管132仅允许电流从P结流向N结，因此这种单向PiN二极管配置只能
‘
吸收
’
电流，但不能
‘
供应
’
大的交流电流摆幅，这意味着分路PiN二极管132必须在A类模式中偏置以维持高线性度的性能。
[0005]为了增加电路线性度(1dB压缩点(OP1dB))，必须增加偏置电流。然而，在传输操作模式中，即在存在大信号电流的情况下，传统拓扑在线性度与直流功耗之间存在明显的权
衡。另外，在例如5G基站之类的应用中，通信是基于峰值平均功率比(PAPR)＝10dB的正交频分复用(OFDM)调制。因此，RF系统以10
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dB的回退平均功率工作。这样，以A类偏置和高直流偏置电流操作PiN二极管以适应峰值功率信号会导致系统以低效率操作，且因此在许多实际实施方案中是不可接受的。
[0006]Peter Song等人在2014年IEEE射频集成电路研讨会(第195
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198页)中发表的标题为“采用SiGe PIN二极管的高功率低损耗W波段SPDT开关(A High
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Power，Low
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Loss W
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band SPDT Switch Using SiGe PIN Diodes)”的论文描述了采用单向PiN二极管作为分路开关的四分之一波长开关。如前所述，这种PiN二极管配置只能吸收而不能供应交流电流摆幅，这导致线性度与直流功耗之间的基本权衡。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供一种具有PiN二极管开关的RF开关电路、通信单元及其方法，如所附权利要求书中所描述。本专利技术的特定实施例在附属权利要求项中阐述。本专利技术的这些和其它方面将从下文描述的实施例中显而易见，并参考这些实施例进行说明。
附图说明
[0008]将参考附图仅通过举例来描述本专利技术的另外的细节、方面和实施例。在附图中，使用相似附图标记识别相似或功能上类似的元件。为简单和清楚起见示出附图中的元件且这些元件不一定按比例绘制。
[0009]图1示出包括典型λ/4 PiN二极管开关电路的RF前端(FE)电路的简化已知图。
[0010]图2示出根据本专利技术的示例实施例包括具有推挽式基于二极管的配置的λ/4开关的通信单元。
[0011]图3示出根据本专利技术的一些示例实施例具有推挽式基于二极管的配置和线性化偏置电路的λ/4开关的一个例子。
[0012]图4示出根据本专利技术的一些示例实施例控制具有推挽式基于二极管的配置的λ/4开关的第一替代线性化偏置电路。
[0013]图5示出根据本专利技术的一些示例实施例针对具有推挽式基于二极管的配置的λ/4开关的第二替代线性化偏置电路。
[0014]图6示出根据本专利技术的一些示例实施例针对具有推挽式基于二极管的配置的λ/4开关的第三替代线性化偏置电路。
[0015]图7示出根据本专利技术的一些示例实施例的图6的第三替代偏置电路的接收操作模式和传输操作模式，其中PiN二极管被反向偏置并且被
‘
关断
’
或
‘
接通
’
，并且重复使用流过PA预驱动器的电流。
[0016]图8示出根据本专利技术的一些示例实施例的替代拓扑，其比如用npn晶体管替换图2的顶部PiN二极管。
[0017]图9示出根据本专利技术的一些示例实施例的另外的替代拓扑，其应用类似推挽式PiN二极管配置作为串联开关。
[0018]图10示出的简要流程图突出显示根据本专利技术的一些示例实施例使用至少一个第一PiN二极管装置和第二基于二极管的装置的组合的推挽式布置的RF切换方法。
[0019]图11示出根据本专利技术的一些示例实施例的图2的λ/4 RF开关电路的一系列图，展示PiN二极管的自偏置(整流)效应。
具体实施方式
[0020]本专利技术的例子通过提出推挽式基于二极管的配置来解决现有问题，即PiN二极管配置只能吸收而不能供应大交流电流摆幅，从而导致线性度(在于必须使用A类偏置布置)与直流功耗(由于高直流偏置电流)之间的基本权衡。
[0021]在本专利技术的第一方面，本专利技术的例子提供一种射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种射频RF开关电路(201、301、401、501、601、701、751、801)，其特征在于，包括：至少一个第一PiN二极管装置(252、352、452、552、652、752、852、945)，被配置成吸收或供应第一交流电；阻抗变换电路(222、322、422、522、622、722、822、922)，连接到所述至少一个第一PiN二极管装置且被布置成在所述阻抗变换电路的第一侧与所述阻抗变换电路的第二侧之间提供已变换阻抗；第二基于二极管的装置(254、354、454、554、654、754、854、945)，被配置成供应或吸收第二交流电；以及偏置电路(330、430、530、630、830、930)，连接到所述至少一个第一PiN二极管装置和所述第二基于二极管的装置中的至少一个，其中所述至少一个第一PiN二极管装置与所述第二基于二极管的装置协作而作为推挽式电流电路。2.根据权利要求1所述的RF开关电路(201、301、401、501、601、701、751、801)，其特征在于，所述第二基于二极管的装置是第二PiN二极管。3.根据权利要求1或2所述的RF开关电路(201、301、401、501、601、701、751、801)，其特征在于，当所述RF开关电路(201)被配置成在第一接收操作模式下操作时所述至少一个第一PiN二极管装置和所述第二基于二极管的装置是正向偏置且
‘
接通
’
的，并且其中在第二传输操作模式下所述至少一个第一PiN二极管装置和所述第二基于二极管的装置是反向偏置且关断的。4.根据权利要求3所述的RF开关电路(201、301、401、501、601、701、751、801)，其特征在于，所述RF开关电路(201、301、401、501、601、701、751、801)包括被激活以在所述第一接收操作模式下操作所述RF开关电路的分路开关，并且包括被激活以在所述第二传输操作模式下操作所述RF开关电路的串联开关。5.根据权利要求3或4所述的RF开关电路(201、301、401、501、601、701、751、801)，其特征在于，所述阻抗变换电路位于接收端口与传输端口之间，并且所述阻抗变换电路包括以下各者中的一个：(i)四分之一波传输线，(ii)由第一集总交流去耦电容器C与串联电感器L与第二交流去耦电容器C组成的电路。6.根据在前的权利要求3至5中的任一项所述的RF开关电路(201、301、401、501、601、701、751、801)，其特征在于，所述RF开...

【专利技术属性】
技术研发人员：阳昕，马克，
申请(专利权)人：恩智浦有限公司，
类型：发明
国别省市：