[发明专利]射频天线开关

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体是涉及一种射频天线开关。

背景技术

无线终端设备，比如手机，已经逐渐成为现代生活中不可或缺的组成部分，目前对支持多模多频段的无线终端设备的需求也越来越明显。在无线终端设备中，由于不同频段的射频通路都共享同一个天线，因此多模射频天线开关成为了无线终端设备的射频前端模块中一个重要组成部分。

以单刀双掷(Single-Pole Double-Throw，以下简称SPDT)开关为例，对常用的射频天线开关的结构进行说明，如图1所示，图1为SPDT射频天线开关的基本结构示意图，该SPDT射频天线开关中包括两条通路.每条通路包括一个串联支路(M1，M2)和一个并联支路(M3，M4)。其中，M1～M4都为晶体管器件，连接信号端与天线的支路为串联支路，比如串联支路中的M1用于将来自功率放大器PA的信号发送至天线，连接信号端与地之间的支路为并联支路，比如当串联支路M1导通时，为了将发送端来自PA(功率放大器)输出端的信号发送至天线，发送端的并联支路M3和接收端的串联支路M2要处于关断状态，而接收端的并联支路M4要处于打开状态，将传输至低噪声放大器(LNA)输入端的信号短接到地。每个晶体管栅极连接的电阻Rs或Rp是栅极隔离电阻，用于减少栅极的漏电流。

在全球移动通信系统(Global System for Mobile Communication，以下简称GSM)应用中，低频信号在匹配条件下，输入的信号幅度最大可达20V，但在失配条件下，这一电压幅度可以达到40V，由于晶体管有限的击穿电压V_breakdown，这将对处于关断状态的支路上的晶体管器件的可靠性带来严重影响。

为了解决晶体管器件可靠性的问题，现有技术中通常采用的方式是堆叠(stack)方式，即将多个晶体管进行堆叠或级联。如图2-1和图2-2所示，图2-1为stack方式改善关断支路上晶体管器件可靠性的原理示意图；图2-2为 stack方式下晶体管栅-体漏电导致分压不均的示意图。如图2-1所示，天线发射端的晶体管比如图1中的M1处于打开状态ON时，输入一个正弦电压v_TX，此时接收端某支路上的堆叠的n个晶体管处于关断状态，比如用堆叠n个管子实现的图1中的M2，理想情况下，堆叠的n个晶体管的源漏之间将平均承受v_TX/n的电压，从而减少了每个晶体管的分压，有利于提高晶体管的可靠性。其中，由于处于关断状态的每个晶体管可以等效为C_gs和C_gd两个寄生电容的串联，因此，每个晶体管的C_gs或C_gd上相当于承担了v_TX/2n的分压。但是，由于实际晶体管制造工艺的问题，其栅极和体端会存在漏电，而且各晶体管的栅端和体端的漏电不均匀，从而导致堆叠的n个晶体管上的分压不均匀，这样即使按照v_TX/2n<V_breakdown来选取合适的n的个数，仍会导致可靠性的问题。如图2-2中，Ig为栅极电流，Isub为体电流。由于Ig和Isub的存在，从靠近天线的晶体管开始，每个晶体管的源漏电流Id₁～Id_n都不同。。为解决堆叠的各晶体管分压不均导致晶体管可靠性差的问题，现有技术中提供了一种解决方案，如图3所示，图3为现有技术中的一种电压分配均衡电路的示意图，在图3中，堆叠的每个晶体管(M1～MN)的栅极gate端都会连接一个大电阻Rg，该电阻的另一端会短接到一个公共点G上，同时，每个晶体管的衬底，也叫体(body)端都会连接一个大电阻Rb，该电阻的另一端会短接到一个公共点B上。为了克服各晶体管分压不均导致晶体管可靠性差的问题，图3所示的现有技术中在堆叠的每个晶体管的栅极之间加入耦合电容(Cgg1～Cgg(N-1))或耦合电阻(Rgg1～Rgg(N-1))或电容电阻串联网络(Cgg1Rgg1～Cgg(N-1)Rgg(N-1))，或者，在主信号通路(M1～MN级联构成的通路)和偏置电路(Rg级联构成的通路或Rb级联构成的通路)之间加入耦合电路，该耦合电路可以由一个单独的耦合电容实现，比如Cfwd，也可以由电容电阻串联电路实现，比如Cfwd和Rfwd。