一种超宽带双频段工作模式单刀双掷射频开关制造技术

本发明专利技术属于射频集成电路技术领域，具体提供一种超宽带双频段工作模式单刀双掷射频开关，用以解决现有单刀双掷射频开关在超宽频带下很难实现低插入损耗和高隔离度的问题。本发明专利技术包括：开关晶体管S11～S17与电感L，引入可重构晶体管S17，通过对可重构晶体管的通断控制，实现了射频开关在低通和高通两个频段模式上的工作，拓展了单刀双掷射频开关的工作带宽，且在两种工作模式下开关都具有低插入损耗和高隔离度特性；同时，电感L的引入不仅可作为低通模式下导通支路的滤波网络，还可以作为高通模式下导通支路的阻抗匹配网络；并且，可重构晶体管S17实现工作模式切换的同时，还增加了高通模式工作时关断端口的隔离度。高通模式工作时关断端口的隔离度。高通模式工作时关断端口的隔离度。

【技术实现步骤摘要】
一种超宽带双频段工作模式单刀双掷射频开关


[0001]本专利技术属于射频集成电路
，具体提供一种超宽带双频段工作模式单刀双掷射频开关。

技术介绍

[0002]开关是射频集成电路中至关重要的组成部分，由场效应管构成的单刀双掷射频开关广泛应用于无线通信系统之中。场效应管作为开关结构十分简单，其栅极接控制电压V
G
，当V
G
大于场效应晶体管的阈值电压时，场效应管导通，这时通路等效于一个小电阻，开关导通；当V
G
小于场效应晶体管的阈值电压时，场效应管截止，这时截止路径等效于一个电容，开关断开。目前，在宽带单刀双掷射频开关电路中应用最广泛的是串
‑
并联结构，即开关由一个串联的场效应晶体管Vg1和一个并联到地的场效应晶体管Vg2构成，两者栅极所接控制电平相反；当晶体管Vg1导通、Vg2截止时，开关导通；当晶体管Vg1截止、Vg2导通时，开关断开，晶体管Vg2可以减少信号泄露，增加隔离度。
[0003]随着通信技术的不断发展，射频前端电路功能越来越复杂，对单刀双掷射频开关的性能和带宽要求越来越高；然而，晶体管并非理想器件，存在“通态”导通电阻和“关态”寄生电容。虽然，通过改变晶体管的参数可以改变寄生电容和导通电阻的大小；但是，晶体管尺寸减小时，导通电阻变大、则插入损耗增加，寄生电容变小、则隔离度增加；晶体管尺寸增大时，导通电阻变小、则插入损耗减小，寄生电容变大、则隔离度减小；由此可见，晶体管的隔离度和插入损耗相互制约。因此，如何在超宽带下同时保持较高的隔离度和较低的插入损耗成为单刀双掷射频开关的一个技术难点和热点。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有单刀双掷射频开关在超宽频带下很难实现低插入损耗和高隔离度的问题，提供一种超宽带双频段工作模式单刀双掷射频开关；本专利技术提出一种全新结构，使开关的每条支路都可以工作在低通和高通两个频段，且在两个频段内都可以保持很低的插入损耗和很高的隔离度。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种超宽带双频段工作模式单刀双掷射频开关，包括：开关晶体管S11～S17与电感L；开关的公共端口与晶体管S11的源极、晶体管S12的源极以及电感L连接，电感L的另一端与晶体管S13的漏极、晶体管S14的漏极以及晶体管S7的源极连接，晶体管S11的漏极与晶体管S13的源极、晶体管S15的源极以及第一输出端口连接，晶体管12的漏极与晶体管S14的源极、晶体管S16的源极以及第二输出端口连接，晶体管S15、晶体管S16与晶体管S17的漏极均连接到地；所有晶体管的栅极分别接高低电平控制信号或低电平控制信号。
[0007]进一步的，所述开关晶体管S11与S12对称设置，开关晶体管S13与S14对称设置，开关晶体管S15与S16对称设置。
[0008]进一步的，所述单刀双掷射频开关具有高通与低通两种工作模式；
[0009]在高通工作模式下：当开关晶体管S17以及S11、S14、S16的栅极接高电平控制信号，其余开关晶体管的栅极接低电平控制信号时，公共端口到第一输出端口的高通频段导通；当开关晶体管S17以及S12、S13、S15的栅极接高电平控制信号，其余开关晶体管的栅极接低电平控制信号时，公共端口到第二输出端口的高通频段导通。
[0010]在低通工作模式下：当开关晶体管S17以及S11、S12、S14、S15的栅极接低电平控制信号，其余开关晶体管的栅极接低电平控制信号时，公共端口到第一输出端口的低通频段导通；当开关晶体管S17以及S11、S12、S13、S16的栅极接低电平控制信号，其余开关晶体管的栅极接低电平控制信号时，公共端口到第二输出端口的低通频段导通。
[0011]基于上述技术方案，本专利技术的有益效果在于：
[0012]本专利技术提供一种超宽带双频段工作模式单刀双掷射频开关，具有如下优点：
[0013]1、本专利技术通过引入可重构晶体管S17，通过对可重构晶体管的通断控制，实现了射频开关在低通和高通两个频段模式上的工作，拓展了单刀双掷射频开关的工作带宽；并且，在两种工作模式下，开关都具有低插入损耗和高隔离度特性。
[0014]2、本专利技术中电感L的引入不仅可作为低通模式下导通支路的滤波网络，还可以作为高通模式下导通支路的阻抗匹配网络；并且，可重构晶体管S17实现工作模式切换的同时，还增加了高通模式工作时关断端口的隔离度。
[0015]3、本专利技术中电感L与重构晶体管S17在两种工作模式以及两个端口通断过程中都发挥了有益作用，实现共享设计，一定程度上避免了对芯片面积的过分消耗。
附图说明
[0016]图1为传统串
‑
并结构的单刀单掷单元的结构示意图；其中，(a)表示导通状态，(b)表示关断状态。
[0017]图2为本专利技术中超宽带双频段工作模式单刀双掷射频开关的结构示意图。
[0018]图3为本专利技术中超宽带双频段工作模式单刀双掷射频开关的高频通路路径及其等效电路。
[0019]图4为本专利技术中超宽带双频段工作模式单刀双掷射频开关的低频通路路径及其等效电路。
[0020]图5为对比例1：传统串
‑
并联单刀双掷射频开关的结构示意图。
[0021]图6为对比例2：使用开关电感的带通单刀双掷射频开关示意图。
[0022]图7为本专利技术中实施例、对比例1和对比例2的插入损耗对比图。
[0023]图8为本专利技术中实施例、对比例1和对比例2的回波损耗对比图。
[0024]图9为本专利技术中实施例、对比例1和对比例2的隔离度对比图。
具体实施方式
[0025]为使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚明白，下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步地详细描述。
[0026]实施例1
[0027]如图1所示为传统串
‑
并联结构的单刀单掷单元的结构示意图及工作原理图；其中，当Vg1接高电平、Vg2接低电平时，单刀单掷单元导通，等效为串联的电阻r1和并联到地
的电容c1，如图1中(a)所示；当Vg3接低电平、Vg4接高电平时，单刀单掷单元断开，等效为串联的电容c2和并联到地的电阻r2，如图1中(b)所示。
[0028]如图2所示为本实施例提出的超宽带双频段工作模式单刀双掷射频开关的结构示意图，包括：7个开关晶体管S11～S17与1个电感L；开关的公共端口Input11与晶体管S11的源极、晶体管S12的源极以及电感L连接，电感L的另一端与晶体管S13的漏极、晶体管S14的漏极以及晶体管S7的源极连接，晶体管S11的漏极与晶体管S13的源极、晶体管S15的源极以及输出端口Output11连接，晶体管12的漏极与晶体管S14的源极、晶体管S16的源极以及输出端口Output12连接，晶体管S15、晶体管S16与晶体管S17的漏极均连接到地；所有晶体管的栅极分别接高低电平控制信号或低电平控制信号。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超宽带双频段工作模式单刀双掷射频开关，包括：开关晶体管S11～S17与电感L；其特征在于，开关的公共端口与晶体管S11的源极、晶体管S12的源极以及电感L连接，电感L的另一端与晶体管S13的漏极、晶体管S14的漏极以及晶体管S7的源极连接，晶体管S11的漏极与晶体管S13的源极、晶体管S15的源极以及第一输出端口连接，晶体管12的漏极与晶体管S14的源极、晶体管S16的源极以及第二输出端口连接，晶体管S15、晶体管S16与晶体管S17的漏极均连接到地；所有晶体管的栅极分别接高低电平控制信号或低电平控制信号。2.按权利要求1所述超宽带双频段工作模式单刀双掷射频开关，其特征在于，所述开关晶体管S11与S12对称设置，开关晶体管S13与S14对称设置，开关晶体管S15与S16对称设置。3.按权利要求1所述超宽带双频段工作...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇，王义城，王肇旿，王振宇，邵怀宗，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：