[发明专利]切换控制器

说明书

本发明提供了用于射频装置的切换器，与现有技术的切换器相比，所提供的切换器能更好地平衡功率损耗并提供更好的切换时间。本发明的切换器包括由对称偏置网络控制的晶体管的堆叠。晶体管的堆叠包括串联的偶数个晶体管，其中每两个相继的晶体管限定一个晶体管对。偏置网络包括一组对称分支的连接件，其中每个晶体管对的栅极由具有第一节点的第一连接件连接，两个或多个第一节点由第二连接件连接至第二节点，以此类推。偏置网络的对称性趋于抑制偶次谐波，可以通过在偏置网络和晶体管堆叠之间的对称点处添加电容器来进一步增强对偶次谐波的抑制。

技术领域

本发明总体涉及射频电路(RF)，尤其涉及可用于激活和停止射频电路(包括在多个传导路径之间切换天线)的切换器以及其它应用。

背景技术

图1示出了现有技术的射频电路100，所述射频电路100耦合至天线110。电路100包括数个传导路径120和天线切换器130，所述天线切换器130将天线110耦合至数个传导路径120。各传导路径120包括功率放大器140和接收器放大器150，所述功率放大器140和接收器放大器150通过切换器160交替地接合至天线切换器130。在天线切换器130内，各传导路径120通过串联切换器170可切换地耦合至天线110，可选地，各传导路径120还通过并联切换器180可切换地接地。

如图1所示，当一个传导路径120被耦合至天线110(在接通模式)时，该传导路径120的串联切换器170闭合，而并联切换器180断开，对于所有其它传导路径120，切换器170、180处于相反的状态(关闭模式)。虽然天线切换器130仅使用串联切换器170工作，但是添加并联切换器180通过使未被使用的传导路径120接地而提供了更大的绝缘性。

如图2和图3所示的现有技术的切换器200、300，通常使用多个串联布置的晶体管来实现切换器170、180(以下更详细地描述)，其中晶体管被一起控制，以交替地断开和闭合。串联晶体管有时也被称为堆叠(stack)。堆叠中的晶体管的栅极由高电阻偏置网络(bias network)控制。在接通模式，串联切换器170浮起，在其两端具有几乎为0V的电压降，晶体管表现为串联电阻器。当串联切换器170处于关闭模式时，各晶体管实际上表现为电容，串联的晶体管的输入侧通过并联切换器180接地，而串联电阻器的输出侧呈现整个射频电压摆动，这是因为每个串联切换器170的输出侧在被连接至天线110之前被连接至公共节点190。如果在公共节点190处的电压是射频电压(VRF)并且串联切换器170包括N个晶体管，则VRF/N必须保持为低于晶体管的击穿电压。

当关闭时，晶体管的源极和漏极之间的总电容源自于：源极和栅极、漏极和栅极、源极和通道以及漏极和通道之间的电容。该射频领域中的堆叠在接通模式下的电阻(Ron)和在关闭模式下的电容(Coff)的乘积给出了表示该切换器的射频性能的品质因数(Ron*Coff)。切换器170、180中的晶体管的另一度量是其栅极电容，即，直流领域(用来控制晶体管)中偏置网络和栅极之间的电容。断开或闭合切换器170、180的切换速度与一时间常数成正比，所述时间常数是栅极电容和偏置网络的电阻的乘积。

图2和图3提供了通常在互补式金属氧化物半导体(CMOS)中实现的现有技术的切换器200、300的两个示例。两个切换器200、300包括多个串联的晶体管，适于用作串联或并联的切换器170、180。在图2示出的第一示例中，切换器200包括多个串联(从源极到漏极)的晶体管210。电阻器220与所述多个晶体管210的各晶体管相关联；对给定的晶体管210,电阻器220在晶体管210的源极和漏极之间并联连接。所述多个晶体管210的栅极由偏置网络一起控制，所述偏置网络包括公共控制线230和数个电阻器240，其中各晶体管210通过电阻器240中的一个连接至公共控制线230。在图2所示的构造中，切换时间是栅极电容和偏置网络的电阻的乘积的函数。所有晶体管210被一起控制，因而切换时间是最优的。