一种射频开关的开关核的制作方法

文档编号:14478131
研发日期:2018/5/19

本实用新型涉及电子和通讯领域,特别涉及一种射频开关的开关核。



背景技术:

随着移动通信技术的发展,出现多种通信标准并存的局面,移动终端需要兼容多种通信模式和频段,从而实现在不同通信网络间切换。因此,移动终端会集成多个模式和频段的射频功率放大器,并通过射频开关选择所需的功率放大器,建立信号的发射通道;此外,射频开关还可以用于时分复用通信中发射通道和接收通道的切换。

射频开关由开关核和开关控制器构成,如图1所示,开关核包括M路开关,每路开关又包括用于传输射频信号的串联支路和用于提高隔离度的并联支路。开关控制器为开关核提供偏置电压,由电压调节器、振荡器、电荷泵电路、电平移位电路、控制逻辑等模块组成。其中,电压调节器输出正电压,电荷泵电路输出负电压。正电压、负电压、零电压被送入电平移位电路产生开关核所需的偏置电压,而控制逻辑根据逻辑输入信号来决定哪一路开关导通。

单刀N掷射频开关的开关核如图2所示,包括N路开关,串联支路在射频输入到天线之间,并联支路在射频输入和地之间,每个支路均由多个MOS器件堆叠而成,主要目的是提高各支路的耐压能力,即提升各支路处理信号功率的能力。此外,各个MOS器件的栅极和衬底都通过电阻连接在一起,电阻主要起隔离作用,用来减小栅极和衬底的电流,并且栅极和衬底均由开关控制器提供的偏置电压(VSEG、VSHG、VSEB、VSHB)控制。

然而,随着更多通信模式和频段被集成到单个移动终端,射频开关的路数持续增多,如图2所示的现有开关核结构会在天线侧累积很大的寄生电容,造成射频信号泄露,从而增大每路开关的插入损耗,此外,天线侧的寄生电容增加,也会影响每路开关的线性度。

因此,需要一种新颖的开关核拓扑,从而在不影响射频开关插入损耗和线性度的前提下,提高射频性能。



技术实现要素:

有鉴于此,本实用新型的目的在于提供一种射频开关的开关核,以获得更好的射频性能。其具体方案如下:

一种射频开关的开关核,包括:M路开关,M为正整数,其中,每路开关包括与射频输入端相互连接的开关串联支路和开关并联支路,所述开关串联支路和所述开关并联支路至少有一个支路为树型支路,每个树型支路包括一个主开关堆叠器件和多个分支电路上的多个多级子开关堆叠器件,主开关堆叠器件的输出端作为树型支路的输出端,主开关堆叠器件的输入端与其相应的子开关堆叠器件的输出端相连,所述开关串联支路与所述开关并联支路一一对应,所述开关串联支路的输出端与天线连接,所述开关并联支路的输出端接地;其中,子开关堆叠器件的开启时间晚于上一级的开关堆叠器件的开启时间,子开关堆叠器件的关闭时间早于上一级的开关堆叠器件的关闭时间,同级开关堆叠器件的开启时间和关闭时间均不相同。

可选的,所述开关串联支路为树型支路,所述开关并联支路的每个开关堆叠器件的射频输入端与所述开关串联支路的每个分支电路的射频输入端相互连接,所述开关并联支路的每个开关堆叠器件与所述开关串联支路的每个分支电路一一对应,所述开关并联支路的每个开关堆叠器件的输出端接地,所述开关串联支路的输出端为主开关堆叠器件的输出端与所述天线连接。

可选的,所述开关并联支路为树型支路,所述开关串联支路的每个开关堆叠器件的射频输入端与所述开关并联支路的每个分支电路的射频输入端相互连接,所述开关串联支路的每个开关堆叠器件与所述开关并联支路的每个分支电路一一对应,所述开关并联支路的输出端为主开关堆叠器件的输出端接地,所述开关串联支路的每个开关堆叠器件的输出端与所述天线连接。

可选的,所述开关并联支路和所述开关串联支路均为树型支路,所述开关串联支路的每个分支电路的射频输入端与所述开关并联支路的相应的分支电路的射频输入端相互连接。

可选的,上一级开关堆叠器件的开关器件数量大于下一级子开关堆叠器件的开关器件数量。

可选的,每个堆叠器件中的输入端的开关器件和输出端的开关器件的电容大于每个堆叠器件的其余开关器件的电容。

本实用新型中,射频开关的开关核,包括:M路开关,M为正整数,其中,每路开关包括与射频输入端相互连接的开关串联支路和开关并联支路,开关串联支路和开关并联支路至少有一个支路为树型支路,每个树型支路包括一个主开关堆叠器件和多个分支电路上的多个多级子开关堆叠器件,开关串联支路与开关并联支路一一对应,开关串联支路的输出端与天线连接,开关并联支路的输出端接地;其中,子开关堆叠器件的开启时间晚于上一级的开关堆叠器件的开启时间,子开关堆叠器件的关闭时间早于上一级的开关堆叠器件的关闭时间,同级开关堆叠器件的开启时间和关闭时间均不相同。本实用新型中由于开关核的每路开关的开关串联支路和/或开关并联支路采用树型结构,开关串联支路采用树型结构时,减小了天线侧的寄生电容,避免了开关间的相互影响,开关并联支路采用树型结构时,降低芯片面积,减小插入损耗,提高隔离度,从而获得更好的射频性能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为一种现有技术射频开关框图;

图2为一种现有技术单刀N掷射频开关的开关核结构示意图;

图3为本实用新型实施例公开的一种树型支路结构示意图;

图4为本实用新型实施例公开的一种分支电路结构示意图;

图5为本实用新型实施例公开的一种分支电路时序关系示意图;

图6为本实用新型实施例公开的一种同级开关堆叠器件时序关系示意图;

图7为本实用新型实施例公开的一种单刀N掷树型拓扑射频开关的开关核结构示意图;

图8为本实用新型实施例公开的另一种单刀N掷树型拓扑射频开关的开关核结构示意图;

图9为本实用新型实施例公开的另一种单刀N掷树型拓扑射频开关的开关核结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例公开了一种射频开关的开关核,该装置包括:M路开关,M为正整数,其中,每路开关包括与射频输入端相互连接的开关串联支路和开关并联支路,开关串联支路和开关并联支路至少有一个支路为树型支路,每个树型支路包括一个主开关堆叠器件和多个分支电路上的多个多级子开关堆叠器件,主开关堆叠器件的输出端作为树型支路的输出端,主开关堆叠器件的输入端与其相应的子开关堆叠器件的输出端相连,开关串联支路与开关并联支路一一对应,开关串联支路的输出端与天线连接,开关并联支路的输出端接地;其中,子开关堆叠器件的开启时间晚于上一级的开关堆叠器件的开启时间,子开关堆叠器件的关闭时间早于上一级的开关堆叠器件的关闭时间,同级开关堆叠器件的开启时间和关闭时间均不相同。

具体的,开关核中每路开关包括用于传输射频信号的开关串联支路和用于提高各力度的并联支路;作为树型支路的开关支路包括一个主开关堆叠器件,主开关堆叠器件的输出端作为整个树型支路的输出端,主开关堆叠器件作为一个初始的分支电路进行分组,可以形成多个并联的一级分支电路,每个一级分支电路的输出端与主开关堆叠器件的输入端相连,每个一级分支电路包括一个一级子开关堆叠器件,每个一级分支电路还可以进行分组,从而形成多个并联的二级分支电路,同理,二级分支电路还可以分组,形成多个并联的三级分支电路,直至N级分支电路,每个N级分支电路包括一个N级子开关堆叠器件,N级分支电路的末端与另一开关支路相连,同时也与射频输入端相互连接,其中,N为正整数。

例如,如图3所示,一个树型支路的开关支路包括一个主开关堆叠器件VSEG1,进行了两次分组,每次每条分支电路分为两组,包括两个一级分支电路,第一一级分支电路和第二一级分支电路,四个二级分支电路,第一二级分支电路至第四二级分支电路,共有第一分支电路至第四分支电路,四条分支电路。

需要说明的是,一个分支电路包括主开关堆叠器件、N个N级分支电路和N个子开关堆叠器件,即一个分支电路为从主开关堆叠器件开始到其第N个子开关堆叠器件串联的一条电路,例如,如图3所示,一个树形结构的开关并联支路,进行了两次分组,每次每条分支电路分为两组,包括两个一级分支电路,第一一级分支电路和第二一级分支电路,四个二级分支电路,第一二级分支电路至第四二级分支电路,共有第一分支电路至第四分支电路,四条分支电路,其中一条分支电路,如第一分支电路,如图4所示,包括主开关堆叠器件VSEG1、第一一级分支电路和第一二级分支电路,以及与各级分支电路对应的第一一级子开关堆叠器件VSEG11和第一二级子开关堆叠器件VSEG111

可以理解的是,那个开关支路为树型支路,树型支路的开关支路进行几次分组,一次分组产生多少个分支电路,每支分支电路是否继续分组都是可以根据实际用应用需求进行设定的,例如,一个树型支路的开关支路包括一个主开关堆叠器件,进行了两次分组,第一次分组,主开关堆叠器件分出两个一级子开关堆叠器件,第一一级子开关堆叠器件和第二一级子开关堆叠器件,作为两条一级分支电路,第一一级分支电路和第二一级分支电路,第二一级分支电路再进行分组,得到第一二级分支电路、第二二级分支电路和第三二级分支电路,该开关支路包括四个分支电路、两个一级分支电路和三个二级分支电路。

具体的,子开关堆叠器件的开启时间晚于上一级的开关堆叠器件的开启时间,子开关堆叠器件的关闭时间早于上一级的开关堆叠器件的关闭时间,例如,参见图5所示,一个分支电路包括主开关堆叠器件VSEG1、第一一级子开关堆叠器件VSEG11和第一二级子开关堆叠器件VSEG111,第一二级子开关堆叠器件VSEG111的开启时间晚于第一一级子开关堆叠器件VSEG11的开启时间,第一一级子开关堆叠器件VSEG11的开启时间晚于主开关堆叠器件VSEG1的开启时间,第一二级子开关堆叠器件VSEG111的关闭时间早于第一一级子开关堆叠器件VSEG11的关闭时间,第一一级子开关堆叠器件VSEG11的关闭时间早于主开关堆叠器件VSEG1的关闭时间;同级开关堆叠器件的开启时间和关闭时间均不相同,例如,参见图6所示,开关并联支路的主开关堆叠器件VSHG1的导通时间晚于开关串联支路的主开关堆叠器件VSEG1的导通时间,开关并联支路的主开关堆叠器件VSHG1的关闭时间早于开关串联支路的主开关堆叠器件VSEG1的关闭时间,同级子开关堆叠器件在满足与上一级开关堆叠器件的时间差的前提下,开启时间和关闭时间均不相同,导通时间将逐个减少;其中,每个开关堆叠器件的开启时间和关闭时间差可以设置为相同的预设时间,便于设置。

可以理解的是,每条分支电路的开关堆叠器件的控制信号的幅值相同。

需要说明的是,开关串联支路与开关并联支路一一对应,即每条开关串联支路的射频输入端都应与相应的开关并联支路相连接,例如,开关串联支路为树形结构,进行了一次分组,有两条分支电路,两条分支电路的射频输入端分别与相应的开关串联支路相连。

其中,开关堆叠器件可以为MOS堆叠器件、PHEMT堆叠器件或MEMS堆叠器件。

需要说明的是,开关核中每路开关均不影响,即每路开关中那个开关支路为树型支路,树型支路的开关支路进行几次分组,一次分组产生多少个分支电路

可见,本实用新型实施例中由于开关核的每路开关的开关串联支路和/或开关并联支路采用树型结构,开关串联支路采用树型结构时,减小了天线侧的寄生电容,避免了开关间的相互影响,开关并联支路采用树型结构时,降低芯片面积,减小插入损耗,提高隔离度,从而获得更好的射频性能。

本实用新型实施例公开了一种具体的射频开关的开关核,相对于上一实施例,本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的:

本实用新型实施例中,参见图7所示,射频开关的开关核每路开关中开关串联支路为树型支路,开关并联支路的每个开关堆叠器件的射频输入端与开关串联支路的每个分支电路的射频输入端相互连接,开关并联支路的每个开关堆叠器件与开关串联支路的每个分支电路一一对应,开关并联支路的每个开关堆叠器件的输出端接地,开关串联支路的输出端为主开关堆叠器件的输出端与天线连接。

此外,参见图8所示,射频开关的开关核每路开关中还可以开关并联支路为树型支路,开关串联支路的每个开关堆叠器件的射频输入端与开关并联支路的每个分支电路的射频输入端相互连接,开关串联支路的每个开关堆叠器件与开关并联支路的每个分支电路一一对应,开关并联支路的输出端为主开关堆叠器件的输出端接地,开关串联支路的每个开关堆叠器件的输出端与天线连接。

当然,参见图9所示,射频开关的开关核每路开关中还可以开关并联支路和开关串联支路均为树型支路,开关串联支路的每个分支电路的射频输入端与开关并联支路的相应的分支电路的射频输入端相互连接。

为了得到更好的射频性能,上一级开关堆叠器件的开关器件数量大于下一级子开关堆叠器件的开关器件数量;且还可以,每个堆叠器件中的输入端的开关器件和输出端的开关器件的电容大于每个堆叠器件的其余开关器件的电容。

最后,还需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

专业人员还可以进一步意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现,为了清楚地说明硬件和软件的可互换性,在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。

以上对本实用新型所提供的一种射频开关的开关核进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本实用新型的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

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