[發(fā)明專利]一種多頻帶的單刀雙擲開關(guān)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011484522.5
• 申請(qǐng)日: 2020-12-16
• 公開（公告）號(hào): CN112653439B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 康凱;黃趾維;吳韻秋;趙晨曦;劉輝華;余益明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H03K17/687
• 分類號(hào): H03K17/687
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 甘茂

本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，提供一種多頻帶的單刀雙擲開關(guān)，用以克服傳統(tǒng)串并式開關(guān)結(jié)構(gòu)存在的芯片版圖面積大、插入損耗高等問題。本發(fā)明在傳統(tǒng)串并結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將片上電感并聯(lián)在開關(guān)管所在支路上，片上電感與關(guān)斷的晶體管所產(chǎn)生的寄生電容形成諧振在不同頻段的并聯(lián)諧振腔，實(shí)現(xiàn)單刀雙擲開關(guān)功能的同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)工作頻段的多頻帶復(fù)用，不僅能夠覆蓋5G通信的所有頻帶，還能夠?qū)崿F(xiàn)工作頻段的自由切換；同時(shí)，相較于傳統(tǒng)串并式開關(guān)結(jié)構(gòu)，本發(fā)明中兩個(gè)通道間共用1個(gè)片上電感，大大減小片上電感的數(shù)量，顯著的減小芯片版圖面積、降低插入損耗。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及寬帶和多頻帶毫米波技術(shù)，具體涉及一種多頻帶的單刀雙擲開關(guān)。

背景技術(shù)

隨著無線通信在我們?nèi)粘Ｉ钪械钠占埃瑢拵Ш投囝l帶毫米波技術(shù)的應(yīng)用吸引著越來越多的研究者的注意。在無線通信中，不同的通信標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了不同的使用頻段，寬帶和多頻帶系統(tǒng)可以使多個(gè)通信標(biāo)準(zhǔn)使用相同的硬件以降低成本。毫米波系統(tǒng)需求的不斷增長要求前端收發(fā)器模塊必須能夠以可承受的成本提供良好的RF性能和高集成度；通常，大多數(shù)具有單天線的射頻收發(fā)前端都使用單刀雙擲開關(guān)來切換發(fā)射和接收模式；射頻開關(guān)是整個(gè)射頻前端的關(guān)鍵模塊，它的插入損耗、隔離度以及線性度會(huì)影響射頻鏈路的整體性能。

為了實(shí)現(xiàn)寬帶毫米波的開關(guān)芯片，近年來已有了很多研究。最為常用的是帶有串聯(lián)電感作為匹配元件的串并式開關(guān)結(jié)構(gòu)，如圖1(a)所示；該電路由四個(gè)晶體管及三個(gè)電感組成，其中晶體管M₁與M₃是串聯(lián)開關(guān)管，通過添加晶體管M₂與M₄來提升電路的隔離度；然而，隔離度提升的同時(shí)回波損耗與插入損耗增大了，導(dǎo)致開關(guān)電路的帶寬變窄，為了實(shí)現(xiàn)寬帶匹配效果，電感L₁、L₂、L₃被添加在三個(gè)端口。假設(shè)控制電壓V_c為低電平，此時(shí)晶體管M₁、M₄關(guān)斷，等效為電容C_off；晶體管M₂、M₃導(dǎo)通，等效為一個(gè)小電阻R_on；此時(shí)的電路等效模型如圖1(b)所示，忽略電阻R_on_M₁與電阻R_on_M₂，則電容C_off_M₁與C_off_M₄并聯(lián)等效為電容C₀；此時(shí)電感L₁、電容C₀、電感L₂構(gòu)成一個(gè)L-C-L的T型匹配網(wǎng)絡(luò)，通過該匹配網(wǎng)絡(luò)，開關(guān)芯片可以實(shí)現(xiàn)較高的帶寬。但是，在開關(guān)芯片的三個(gè)端口片上電感的使用也會(huì)造成如下問題：

1)為了實(shí)現(xiàn)寬帶匹配，在開關(guān)芯片的三個(gè)端口同時(shí)添加片上電感，而電感是集成電路中占用面積最大的無源器件，三個(gè)電感大大增加了芯片的版圖面積，不利于成本控制；而且在射頻收發(fā)前段中，如果開關(guān)占用面積過大，不利于系統(tǒng)的整體布局；

2)標(biāo)準(zhǔn)硅基工藝與III-V族化合物工藝相比，無源器件的Q值更低，較多電感的使用會(huì)增大開關(guān)的插入損耗；對(duì)于射頻發(fā)射機(jī)而言，過大的插入損耗會(huì)降低輸出功率，影響效率；而對(duì)于接收機(jī)而言，過大的插入損耗會(huì)引入額外的噪聲，影響系統(tǒng)靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有帶有串聯(lián)電感的串并式單刀雙擲開關(guān)存在的諸多問題，提供一種新的多頻帶的單刀雙擲開關(guān)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)串并結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將一組由晶體管控制的雙圈八邊形片上電感并聯(lián)在開關(guān)管所在支路上，與關(guān)斷的晶體管所產(chǎn)生的寄生電容形成諧振在不同頻段的并聯(lián)諧振腔，從而實(shí)現(xiàn)了單刀雙擲開關(guān)的效果。本發(fā)明提出的結(jié)構(gòu)，不僅可以覆蓋5G通信的所有頻帶，同時(shí)相比于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通過共用電感，芯片占用面積更小。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：