[發明專利]射頻天線開關

有效

• 申請號: 201410162731.6
• 申請日: 2014-04-22
• 公開（公告）號: CN103973291B
• 公開（公告）日: 2017-02-01
• 發明（設計）人: 楊靜兒;池毓宋;樊錦涵
• 申請（專利權）人: 華為技術有限公司
• 主分類號: H03K17/10
• 分類號: H03K17/10;H03K17/14;H03K17/693
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司11205
• 代理人: 劉芳

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，具體是涉及一種射頻天線開關。

背景技術

無線終端設備，比如手機，已經逐漸成為現代生活中不可或缺的組成部分，目前對支持多模多頻段的無線終端設備的需求也越來越明顯。在無線終端設備中，由于不同頻段的射頻通路都共享同一個天線，因此多模射頻天線開關成為了無線終端設備的射頻前端模塊中一個重要組成部分。

以單刀雙擲(Single-Pole Double-Throw，以下簡稱SPDT)開關為例，對常用的射頻天線開關的結構進行說明，如圖1所示，圖1為SPDT射頻天線開關的基本結構示意圖，該SPDT射頻天線開關中包括兩條通路.每條通路包括一個串聯支路(M1，M2)和一個并聯支路(M3，M4)。其中，M1～M4都為晶體管器件，連接信號端與天線的支路為串聯支路，比如串聯支路中的M1用于將來自功率放大器PA的信號發送至天線，連接信號端與地之間的支路為并聯支路，比如當串聯支路M1導通時，為了將發送端來自PA(功率放大器)輸出端的信號發送至天線，發送端的并聯支路M3和接收端的串聯支路M2要處于關斷狀態，而接收端的并聯支路M4要處于打開狀態，將傳輸至低噪聲放大器(LNA)輸入端的信號短接到地。每個晶體管柵極連接的電阻Rs或Rp是柵極隔離電阻，用于減少柵極的漏電流。

在全球移動通信系統(Global System for Mobile Communication，以下簡稱GSM)應用中，低頻信號在匹配條件下，輸入的信號幅度最大可達20V，但在失配條件下，這一電壓幅度可以達到40V，由于晶體管有限的擊穿電壓V_breakdown，這將對處于關斷狀態的支路上的晶體管器件的可靠性帶來嚴重影響。

為了解決晶體管器件可靠性的問題，現有技術中通常采用的方式是堆疊(stack)方式，即將多個晶體管進行堆疊或級聯。如圖2-1和圖2-2所示，圖2-1為stack方式改善關斷支路上晶體管器件可靠性的原理示意圖；圖2-2為 stack方式下晶體管柵-體漏電導致分壓不均的示意圖。如圖2-1所示，天線發射端的晶體管比如圖1中的M1處于打開狀態ON時，輸入一個正弦電壓v_TX，此時接收端某支路上的堆疊的n個晶體管處于關斷狀態，比如用堆疊n個管子實現的圖1中的M2，理想情況下，堆疊的n個晶體管的源漏之間將平均承受v_TX/n的電壓，從而減少了每個晶體管的分壓，有利于提高晶體管的可靠性。其中，由于處于關斷狀態的每個晶體管可以等效為C_gs和C_gd兩個寄生電容的串聯，因此，每個晶體管的C_gs或C_gd上相當于承擔了v_TX/2n的分壓。但是，由于實際晶體管制造工藝的問題，其柵極和體端會存在漏電，而且各晶體管的柵端和體端的漏電不均勻，從而導致堆疊的n個晶體管上的分壓不均勻，這樣即使按照v_TX/2n<V_breakdown來選取合適的n的個數，仍會導致可靠性的問題。如圖2-2中，Ig為柵極電流，Isub為體電流。由于Ig和Isub的存在，從靠近天線的晶體管開始，每個晶體管的源漏電流Id₁～Id_n都不同。。為解決堆疊的各晶體管分壓不均導致晶體管可靠性差的問題，現有技術中提供了一種解決方案，如圖3所示，圖3為現有技術中的一種電壓分配均衡電路的示意圖，在圖3中，堆疊的每個晶體管(M1～MN)的柵極gate端都會連接一個大電阻Rg，該電阻的另一端會短接到一個公共點G上，同時，每個晶體管的襯底，也叫體(body)端都會連接一個大電阻Rb，該電阻的另一端會短接到一個公共點B上。為了克服各晶體管分壓不均導致晶體管可靠性差的問題，圖3所示的現有技術中在堆疊的每個晶體管的柵極之間加入耦合電容(Cgg1～Cgg(N-1))或耦合電阻(Rgg1～Rgg(N-1))或電容電阻串聯網絡(Cgg1Rgg1～Cgg(N-1)Rgg(N-1))，或者，在主信號通路(M1～MN級聯構成的通路)和偏置電路(Rg級聯構成的通路或Rb級聯構成的通路)之間加入耦合電路，該耦合電路可以由一個單獨的耦合電容實現，比如Cfwd，也可以由電容電阻串聯電路實現，比如Cfwd和Rfwd。