[发明专利]一种多频带的单刀双掷开关

说明书

本发明属于无线通信技术领域，提供一种多频带的单刀双掷开关，用以克服传统串并式开关结构存在的芯片版图面积大、插入损耗高等问题。本发明在传统串并结构的基础上，将片上电感并联在开关管所在支路上，片上电感与关断的晶体管所产生的寄生电容形成谐振在不同频段的并联谐振腔，实现单刀双掷开关功能的同时能够实现工作频段的多频带复用，不仅能够覆盖5G通信的所有频带，还能够实现工作频段的自由切换；同时，相较于传统串并式开关结构，本发明中两个通道间共用1个片上电感，大大减小片上电感的数量，显著的减小芯片版图面积、降低插入损耗。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及宽带和多频带毫米波技术，具体涉及一种多频带的单刀双掷开关。

背景技术

随着无线通信在我们日常生活中的普及，宽带和多频带毫米波技术的应用吸引着越来越多的研究者的注意。在无线通信中，不同的通信标准规定了不同的使用频段，宽带和多频带系统可以使多个通信标准使用相同的硬件以降低成本。毫米波系统需求的不断增长要求前端收发器模块必须能够以可承受的成本提供良好的RF性能和高集成度；通常，大多数具有单天线的射频收发前端都使用单刀双掷开关来切换发射和接收模式；射频开关是整个射频前端的关键模块，它的插入损耗、隔离度以及线性度会影响射频链路的整体性能。

为了实现宽带毫米波的开关芯片，近年来已有了很多研究。最为常用的是带有串联电感作为匹配元件的串并式开关结构，如图1(a)所示；该电路由四个晶体管及三个电感组成，其中晶体管M₁与M₃是串联开关管，通过添加晶体管M₂与M₄来提升电路的隔离度；然而，隔离度提升的同时回波损耗与插入损耗增大了，导致开关电路的带宽变窄，为了实现宽带匹配效果，电感L₁、L₂、L₃被添加在三个端口。假设控制电压V_c为低电平，此时晶体管M₁、M₄关断，等效为电容C_off；晶体管M₂、M₃导通，等效为一个小电阻R_on；此时的电路等效模型如图1(b)所示，忽略电阻R_on_M₁与电阻R_on_M₂，则电容C_off_M₁与C_off_M₄并联等效为电容C₀；此时电感L₁、电容C₀、电感L₂构成一个L-C-L的T型匹配网络，通过该匹配网络，开关芯片可以实现较高的带宽。但是，在开关芯片的三个端口片上电感的使用也会造成如下问题：

1)为了实现宽带匹配，在开关芯片的三个端口同时添加片上电感，而电感是集成电路中占用面积最大的无源器件，三个电感大大增加了芯片的版图面积，不利于成本控制；而且在射频收发前段中，如果开关占用面积过大，不利于系统的整体布局；

2)标准硅基工艺与III-V族化合物工艺相比，无源器件的Q值更低，较多电感的使用会增大开关的插入损耗；对于射频发射机而言，过大的插入损耗会降低输出功率，影响效率；而对于接收机而言，过大的插入损耗会引入额外的噪声，影响系统灵敏度。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有带有串联电感的串并式单刀双掷开关存在的诸多问题，提供一种新的多频带的单刀双掷开关结构，该结构在传统串并结构的基础上，将一组由晶体管控制的双圈八边形片上电感并联在开关管所在支路上，与关断的晶体管所产生的寄生电容形成谐振在不同频段的并联谐振腔，从而实现了单刀双掷开关的效果。本发明提出的结构，不仅可以覆盖5G通信的所有频带，同时相比于传统结构，通过共用电感，芯片占用面积更小。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：