專利名稱：切換電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微波集成電路，更準(zhǔn)確地的說，是一種微波開關(guān)電路的改良。
背景技術(shù)：
近年來，無線及射頻技術(shù)的應(yīng)用快速增加。依據(jù)國際電信聯(lián)盟(ITU)的統(tǒng)計(jì)，全球 便攜式電話用戶數(shù)量至2008年底已達(dá)到三十億。同樣地，各種提供無線技術(shù)的裝置也不斷 增加。由于消費(fèi)者通常為家庭購置多種裝置，因此其它無線裝置整體市場將可望超越便攜 式電話機(jī)。無線裝置的運(yùn)作必須仰賴支持一或多種標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)、音訊以及其它服務(wù)的無線基礎(chǔ) 設(shè)施。目前廣泛運(yùn)用的無線標(biāo)準(zhǔn)可以下列幾種為例，包括WiFi [ANSI/IEEE 標(biāo)準(zhǔn) 802. 11]WiMAX[IEEE 標(biāo)準(zhǔn) 802. 16]藍(lán)牙[IEEE標(biāo)準(zhǔn) 802. 15. 1]工業(yè)、科學(xué)及醫(yī)學(xué)(ISM)[國際電信聯(lián)盟建議5. 138,5. 150和5. 280]；以及GSM 850/900/1800/1900[歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(ETSI)]及其擴(kuò)充通用封包無線服 務(wù)(GPRS)和GSM增強(qiáng)數(shù)據(jù)率演進(jìn)(EDGE)。末端售價(jià)通常是取決產(chǎn)品能否在市場上獲致商業(yè)成功的主要因素。因此，利用電 子器件的單片集成技術(shù)，也就是透過少量集成電路(IC)的方式，達(dá)到減少裝置中零件數(shù)量 的目的，是目前業(yè)界普遍采用的方式。一般無線射頻系統(tǒng)包含一個(gè)基帶控制器IC、一個(gè)無 線電接收傳送器，以及一個(gè)無線射頻信號(hào)前端。此無線射頻信號(hào)前端又包括功率放大器、低 噪聲放大器、開關(guān)、濾波器和其它信號(hào)調(diào)節(jié)模塊。這種集成電路的制造是采用電路基帶組件 的硅基技術(shù)平臺(tái)，所述基帶組件是「邏輯」加強(qiáng)式，并且通常是以硅鍺、砷化鎵和磷化銦為材 料，供許多無線射頻電路器件在以仿真或無線射頻為主的領(lǐng)域中調(diào)節(jié)輸入或輸出的無線電 信號(hào)。無線射頻信號(hào)混頻器利用擴(kuò)大器、微波濾波器和環(huán)行器等使無線射頻信號(hào)產(chǎn)生上下 變頻，而后信號(hào)可經(jīng)由無線射頻電路器件所構(gòu)成的條微波電路路徑傳輸。所謂的無線射頻 信號(hào)是從無線射頻天線或如同軸纜線等其它負(fù)載接收或?qū)ζ鋫鬟f的信號(hào)。無線射頻天線或 纜線是傳送電路或無線射頻信號(hào)前端的無線射頻負(fù)載。此外，無線射頻電路器件的組成可 能采取單片微波集成電路(MMIC)的型態(tài)，也可能是以模塊的型態(tài)存在于無線射頻前端之 中。在許多用來接收或傳輸信息的無線消費(fèi)電子產(chǎn)品中都設(shè)有傳送/接收切換電路， 選擇性地將微波傳送電路連接到消費(fèi)電子產(chǎn)品的無線射頻負(fù)載或是將微波接收電路連接 到天線或纜線，這種切換電路是一種單刀單擲(SPDT)開關(guān)。微波傳送電路以及微波接收電 路通常是一個(gè)單體的雙向傳送/接收電路。在其它以多重?zé)o線標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)作的無線消費(fèi)電子產(chǎn) 品中，通常為其所支持的每一種無線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有一套獨(dú)立的微波傳送電路和微波接收電路。 例如，一個(gè)無線裝置若支持頻率為5GHz的IEEE 802. Ila和頻率為2. 4GHz的IEEE 802. 16 兩種無線標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)檫@兩種無線標(biāo)準(zhǔn)需求的MMIC技術(shù)不同，所以必須采用單刀四擲(SPQT)
5結(jié)構(gòu)，利用單一共享天線或纜線接口選擇性地連接兩種傳送器連結(jié)之一以及兩種接收器連 結(jié)中對(duì)應(yīng)的一者。慣例上，高效能射頻/微波開關(guān)的使用需配合空乏式砷化鎵金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)晶 體管(MESFET)或假晶高電子遷移率晶體管(PHEMT)。選擇這些器件的理由是因?yàn)樗鼈兲峁?極低的單位門寬導(dǎo)通電阻和關(guān)閉電容；這些參數(shù)決定了切換插損和隔離度?？辗κ狡骷?是利用偏置Vgs > Vp開啟晶體管，其中Vp是夾斷電壓且Vp < 0。晶體管的關(guān)閉則是利用 偏置Vgs <Vp，其中Vp的典型值可為-1.0V。所以Vgson可為OV且Vgsoff可為-2V。達(dá) 成的方式可為，例如，在2V偏壓源極和漏極，并將門極切換至OV(關(guān))或2V(開)。上述空乏式砷化鎵場效晶體管或假晶高電子遷移率晶體管應(yīng)用為高效能開關(guān) 時(shí)存有三項(xiàng)主要缺失。首先是Vgs > O時(shí)門極電流容易產(chǎn)生流動(dòng)；門極構(gòu)成的蕭特基 (Schottky) 二極管在遇到大信號(hào)負(fù)載或不當(dāng)偏移時(shí)會(huì)打開通道，而門極電流流動(dòng)導(dǎo)致開關(guān) 中的損失及失真快速增加。第二項(xiàng)弱點(diǎn)在于缺乏補(bǔ)償器件(P通道場效晶體管)；由于沒有 P場效晶體管，邏輯功能必須消耗更多功率及芯片面積。并且在某些電路中，難以利用標(biāo)準(zhǔn) 低電壓互補(bǔ)式金屬氧化層半導(dǎo)體(CMOS)準(zhǔn)位控制控制開關(guān)。第三項(xiàng)缺點(diǎn)為造成較高的單 位面積芯片成本，且由于大多數(shù)砷化鎵場效晶體管加工中使用之靜電放電防護(hù)結(jié)構(gòu)相對(duì)原 始和占用空間，因此更為加重此項(xiàng)缺點(diǎn)。使用互補(bǔ)式金屬氧化層半導(dǎo)體器件為核心開關(guān)組件的硅基射頻/微波開關(guān)則因 為具有結(jié)合邏輯及無線射頻機(jī)能的集成潛力而受到矚目。另外，所需成本低于砷化鎵器件， 也是硅基射頻/微波開關(guān)在消費(fèi)電子市場上廣受歡迎的原因。不過，當(dāng)利用硅基金屬氧化 層半導(dǎo)體技術(shù)或砷化鎵制作射頻/微波開關(guān)時(shí)，偏置排列及拓?fù)鋭t沒有具體差異。因此，本發(fā)明的目標(biāo)即是克服上述前案技術(shù)的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種電路，包含一第一無線射頻開關(guān)，可操作于一第一模式以及一第 二模式，所述無線射頻開關(guān)包含一輸入端口，用來接收一無線射頻信號(hào)，一輸出端口，用來 在所述第一模式下提供所述無線射頻信號(hào)，以及在所述第二模式下不提供所述無線射頻信 號(hào)，一分流開關(guān)，用來在所述第二模式下將所述無線射頻信號(hào)分流接地，以及在所述第一模 式下不將所述無線射頻信號(hào)分流接地，以及一開關(guān)，用來在所述第一模式下將所述無線射 頻信號(hào)導(dǎo)引至所述輸入端口與所述輸出端口之間，以及在所述第二模式下不將所述無線射 頻信號(hào)導(dǎo)引至所述輸入端口與所述輸出端口之間；以及一控制器，包含一切換電路，用來同 時(shí)提供復(fù)數(shù)控制信號(hào)，所述控制器包含一第一信號(hào)，用來在所述第一模式與第二模式之間 偏置所述開關(guān)；一近乎互補(bǔ)信號(hào)，用來在所述第二模式與第一模式之間偏置所述分流開關(guān)； 以及一偏置信號(hào)，用來依據(jù)所述近乎互補(bǔ)信號(hào)偏置所述開關(guān)的源極和漏極其中之一。本發(fā)明另一實(shí)施例提供一種方法，包含提供一切換電路，用來將一信號(hào)從所述切 換電路的一輸入端口切換到所述切換電路的一輸出端口 ；提供一分流電路，用來以可切換 的方式將所述信號(hào)從所述輸入端口分流接地；提供一控制信號(hào)，用來偏置所述分流電路的 一控制端口，以及一近乎互補(bǔ)控制信號(hào)，用來偏置所述切換電路的一控制端口以分流從所 述輸入端口接收的一信號(hào)或切換所述信號(hào)至所述輸出端口 ；以及提供一偏置信號(hào)，用來偏 置在所述輸入端口及所述輸出端口之間信號(hào)路徑上所述切換電路中的一端口。


圖IA描繪Bergener等人前案所述的簡單微波切換電路。圖IB描繪Bergener等人前案所述的典型微波切換電路。圖2描繪Burghartz前案所述的微波開關(guān)。圖3A說明本發(fā)明范例實(shí)施例，將全開關(guān)組件應(yīng)用于無線射頻場效晶體管。圖3B說明圖3A設(shè)計(jì)的典型效能。圖4說明本發(fā)明范例實(shí)施例，其中將漏極-源極電阻器應(yīng)用于圖3A的串聯(lián)場效晶體管。圖5說明本發(fā)明范例實(shí)施例，其中微波開關(guān)的串聯(lián)場效晶體管修改成包括門極間 電極。
具體實(shí)施例方式參閱圖1A，其中描繪Bergener等人前案(美國專利第6，804，502號(hào))所述的簡 單微波切換電路100。此微波切換電路100包含四個(gè)金氧半場效晶體管123、124、127以及 128。晶體管123以及124的作用是「傳輸」或「開關(guān)」晶體管，各用來把第一無線射頻輸入 節(jié)點(diǎn)121和第二無線射頻輸入122連接到一個(gè)共享無線射頻節(jié)點(diǎn)125。例如，當(dāng)「開啟」切 換晶體管123時(shí)，切換晶體管123即把第一無線射頻輸入節(jié)點(diǎn)端口 121上的第一無線射頻 信號(hào)連接到無線射頻共享節(jié)點(diǎn)共享無線射頻125。同理，當(dāng)開啟切換晶體管124時(shí)，切換晶 體管124即把第二無線射頻節(jié)點(diǎn)端口 122上的第二無線射頻信號(hào)連接到無線射頻共享節(jié)點(diǎn) 共享無線射頻125。開啟分流晶體管127和128后，當(dāng)各無線射頻信號(hào)相連的無線射頻節(jié)點(diǎn) 從無線射頻共享節(jié)點(diǎn)125上脫離時(shí)，分流晶體管127和128則使各無線射頻信號(hào)分流接地。 當(dāng)切換晶體管123或124個(gè)別電性連接相連的第一無線射頻輸入節(jié)點(diǎn)121或第二無線射頻 輸入節(jié)點(diǎn)122「關(guān)閉」時(shí)，即會(huì)造成無線射頻節(jié)點(diǎn)從無線射頻共享節(jié)點(diǎn)125上脫離。這種微波切換電路100若利用塊狀硅互補(bǔ)式金屬氧化層半導(dǎo)體無線射頻開關(guān)會(huì) 產(chǎn)生高插損、低壓縮以及低線性效能特性等缺點(diǎn)。相較之下，若微波切換電路100配合砷化 鎵(GaAs)半導(dǎo)體技術(shù)使用，則可以克服這些缺點(diǎn)，因?yàn)榘虢^緣性的砷化鎵基板材料大幅降 低寄生基板電阻，所以可以減少無線射頻開關(guān)插損。同樣地，半絕緣性的砷化鎵基板也可以 改善開關(guān)絕緣度。雖然砷化鎵比起硅金屬氧化層半導(dǎo)體效能更佳，但是所需要的制造成本 也較高。因此如果能改善硅互補(bǔ)式金屬氧化層半導(dǎo)體無線射頻微波開關(guān)的效能，應(yīng)是更為 實(shí)惠的方式。圖IB中描繪Bergener等人前案所述的微波切換電路150目的正在于解決硅 互補(bǔ)式金屬氧化層半導(dǎo)體的效能問題。微波切換電路150包含四個(gè)金氧半場效晶體管集束或「群組」，在圖IB中分別標(biāo)示 為晶體管群組133、134、137和138。其中兩個(gè)晶體管群組為「傳輸」或「開關(guān)」晶體管群組 133和134，而另外兩個(gè)晶體管群組為分流晶體管群組137和138。每一晶體管群組包含三 個(gè)相互串連配置的金氧半場效晶體管。例如，在圖IB的實(shí)施例中，切換群組133包括三個(gè) 切換晶體管，M133A、M133B和M133C。同樣地，切換群組134也包括三個(gè)切換晶體管，M134A、 M134B和M134C。分流群組137包括三個(gè)晶體管M137A、M137B和M137C。同樣地，分流群組 138也包括三個(gè)晶體管，M138A、M138B和M138C。
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如圖IB所示，微波切換電路150是受到兩個(gè)控制信號(hào)控制，也就是SW和它的反信 號(hào)SW-。這些控制信號(hào)經(jīng)由門極電阻器連接到各自所屬的晶體管門極。例如，控制信號(hào)SW 分別透過門極電阻器R133A、R133B和R133C控制切換晶體管群組133中三個(gè)晶體管M133A、 M133B和M133C的運(yùn)作?？刂菩盘?hào)SW經(jīng)由輸入節(jié)點(diǎn)133A傳播到切換晶體管群組133，同時(shí) 也提供至輸入節(jié)點(diǎn)138A以控制分流晶體管群組138。同理，SW的反信號(hào)SW-透過輸入節(jié)點(diǎn) 134A控制切換晶體管群組134，同時(shí)也提供至輸入節(jié)點(diǎn)137A以控制分流晶體管群組137。 Sff-也經(jīng)由三個(gè)門極電阻器R134A、R134B和R134C分別作用于切換晶體管群組134的晶體 管 M134A、M134B 和 M134C。切換晶體管群組133和134的作用同樣是傳輸或開關(guān)晶體管，兩者擇一地把第一 無線射頻輸入節(jié)點(diǎn)端口 131以及第二無線射頻輸入節(jié)點(diǎn)端口 132連接到一個(gè)共享無線射頻 節(jié)點(diǎn)135。例如，當(dāng)開啟切換晶體管群組133后，切換晶體管群組133把第一無線射頻輸入 節(jié)點(diǎn)端口 131上的無線射頻信號(hào)連接到無線射頻共享節(jié)點(diǎn)135。同理，當(dāng)開啟切換晶體管群 組134后，切換晶體管群組134把無線射頻信號(hào)從第二無線射頻輸入節(jié)點(diǎn)端口 132連接到 無線射頻共享節(jié)點(diǎn)135。分流晶體管群組137和138開啟后，當(dāng)相連的無線射頻節(jié)點(diǎn)從無線 射頻共享節(jié)點(diǎn)上脫離時(shí)，也就是當(dāng)與輸入節(jié)點(diǎn)電性連接的切換晶體管群組133或134「關(guān) 閉」時(shí)，則將來自無線射頻輸入節(jié)點(diǎn)的信號(hào)分流接地。Bergener所揭露的微波切換電路150并非采用慣例的硅金屬氧化層半導(dǎo)體制造 方法，其晶體管群組133、134、137和138內(nèi)的金氧半場效晶體管是利用完全絕緣基板硅絕 緣(SOI)技術(shù)制成。具體而言，Bergener的教示是使用「超薄硅」(UTSi)，由于這種技術(shù)是 使用藍(lán)寶石基板上的硅薄膜而不是硅晶圓，因此也稱為超薄硅藍(lán)寶石技術(shù)。完全絕緣藍(lán)寶 石基板可以減少與非絕緣和部分絕緣基板有關(guān)的有害基板連接效應(yīng)，所以有助于提升無線 射頻開關(guān)的效能特性。例如，降低晶體管「開啟」電阻和寄生基板電阻而達(dá)到改善插損的效 果。另外，利用UTSi技術(shù)制成的完全絕緣也具有更佳的基板開關(guān)絕緣度。由于硅藍(lán)寶石技 術(shù)的完全絕緣特性，微波切換電路150節(jié)點(diǎn)之間的寄生電容相較于塊狀互補(bǔ)式金屬氧化層 半導(dǎo)體和其它傳統(tǒng)集成電路制造技術(shù)都呈現(xiàn)大幅降低。雖然Bergener教示了上述金屬氧化層半導(dǎo)體電路，但這種電路的制造所仰賴的 非慣例制造技術(shù)不同于利用低抗性硅基板的低成本硅互補(bǔ)式金屬氧化層半導(dǎo)體量產(chǎn)技術(shù)。 圖2所示的另一種前案方法是Burghartz的微波開關(guān)200。此微波開關(guān)200是一個(gè)SPST開 關(guān)，包括一對(duì)微波開關(guān)200輸入無線射頻信號(hào)的射頻輸入端口 221、一射頻輸出端口 222，以 及一接收偏置信號(hào)以控制開關(guān)啟閉狀態(tài)的開關(guān)控制端口 223。開啟狀態(tài)下，輸出端口 222處 的無線射頻信號(hào)呈低插損，而關(guān)閉狀態(tài)下則為高插損。第一場效晶體管201與無線射頻輸入端口 221和無線射頻輸出端口 222皆為電性 連接，并且包括門極201G、源極201S、漏極201D和后門極接點(diǎn)201B。第一場效晶體管201 連同其它場效晶體管202、203和204都屬于空乏式運(yùn)作的硅金氧半場效晶體管。第一場效 晶體管201的門極201G電性連接至開關(guān)控制端口 223，源極201S電性連接至無線射頻輸 入端口 221，同時(shí)漏極201D電性連接至無線射頻輸出端口 222。后門極接點(diǎn)201B連接到第 二和第三場效晶體管202、203的源極203S和漏極204D。第二場效晶體管202的漏極202D 電性連接無線射頻輸入端口 221，而第三場效晶體管的源極203S則電性連接接地電位。第 二和第三場效晶體管202、203個(gè)別的后門極接點(diǎn)202B、203B共同電性接地。
第二場效晶體管202的門極202G電性連接至開關(guān)控制端口 223，而第三場效晶體 管203的門極203G則電性連接至逆變器218的輸出端口。逆變器218的輸入信號(hào)端口與 開關(guān)控制端口 223電性連接。逆變器218的輸出端口與第四場效晶體管204的門極204G 電性連接。第四場效晶體管204為分流場效晶體管，其源極204S和后門極204B接地且其 漏極204D連接無線射頻輸出222。在微波開關(guān)200開啟狀態(tài)下，開關(guān)控制端口 223處的一 個(gè)偏置控制信號(hào)為第一狀態(tài)，例如，VGS = 0V,因而開啟第一和第二場效晶體管201、202。同 時(shí)，因?yàn)槟孀兤?18對(duì)第三和第四場效晶體管203、204各自的門極203G、204G提供相對(duì)狀 態(tài)的偏置，所以第三和第四場效晶體管203、204皆為關(guān)閉。第二場效晶體管202為開啟時(shí)， 第一場效晶體管201的后門極201B和源極201S經(jīng)由第二場效晶體管202為電性相連。源 極201S與后門極201B區(qū)域的電性連接可將第一場效晶體管201的開啟電阻降至最低。同 時(shí)，在開啟狀態(tài)下，第三場效晶體管203為關(guān)閉，因此呈現(xiàn)高分流阻抗，限制微波開關(guān)200的 進(jìn)一步損耗。在微波開關(guān)200的關(guān)閉狀態(tài)下，開關(guān)控制端口 223處的偏置控制信號(hào)處于相 對(duì)狀態(tài)，所以第一和第二場效晶體管201、202為關(guān)閉而第三和第四場效晶體管203、204則 為開啟。結(jié)果，因?yàn)樵礃O203S處于接地電位，后門極接點(diǎn)201B經(jīng)由第三場效晶體管203連 接至接地電位。如此可以使串聯(lián)場效晶體管，亦即第一場效晶體管20的關(guān)閉電阻降至最 低。由于以一個(gè)對(duì)地短路的無線射頻將從第一場效晶體管201漏出的大部分功率接地而非 連接至無線射頻輸出端口 222，因此開啟的第四場效晶體管204會(huì)提升關(guān)閉狀態(tài)下微波開 關(guān)200整體的絕緣度，亦即插損。當(dāng)切換群組，亦即第一場效晶體管201，內(nèi)部的場效晶體管被驅(qū)動(dòng)至最大開啟狀態(tài) 時(shí)，如前案開關(guān)200等微波開關(guān)的插損最小。同樣地，當(dāng)切換群組中的場效晶體管被驅(qū)動(dòng)至 最大關(guān)閉狀態(tài)且分流群組，亦即第四場效晶體管204，被驅(qū)動(dòng)至最大開啟狀態(tài)時(shí)，絕緣度最 高。本發(fā)明一個(gè)范例實(shí)施例中將開關(guān)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用至切換和分流場效晶體管，如微波切換電路 300。如圖所示，天線355連接至傳送電路385、接收電路365和測試電路375等三個(gè)電路之 一。切換電路310、360和370則分別設(shè)置于上述各電路與天線355之間。以第一切換電路310代表說明上述三個(gè)切換電路310、360和370，天線355與傳 送電路385之間的切換路徑包含第一去耦電容器321、第一至第三切換場效晶體管331至 333，以及第二去耦電容器324。第一至第三切換場效晶體管331、332和333串聯(lián)漏極至 源極，且其各自門極接點(diǎn)各透過電阻器312、313和314與開關(guān)控制器350的第二輸出端口 350B電性相連。場效晶體管331的漏極也透過電阻器311電性連接至開關(guān)控制器350的第 一輸出端口 350A。第三切換場效晶體管333的源極透過電容器315電容性耦合上場效晶體 管341的漏極接點(diǎn)。上場效晶體管341與中場效晶體管342和下場效晶體管343共同組成 分流晶體管群組。透過切換晶體管群組，場效晶體管341、342和343的分流晶體管群組電 性連接源極接點(diǎn)至漏極接點(diǎn)，而下場效晶體管343的源極接點(diǎn)則電容性耦合接地且各自經(jīng) 由電阻器391連接至端口 350B。上場效晶體管341、中場效晶體管342和下場效晶體管343 的門極接點(diǎn)各透過電阻器316、317和318與開關(guān)控制器350的第三輸出端口 350C電性耦
I=I O開關(guān)控制器350是利用輸入端口傳送開關(guān)(SWTx) 3IOA進(jìn)行控制。下電壓端口 3IOC 處的低電壓軌VLO以及上電壓端口 310B處的高電壓軌VHI也同時(shí)電性耦合到開關(guān)控制器 350。上電壓端口 3IOB經(jīng)由穩(wěn)壓器輸出端口 380B電性連接至穩(wěn)壓器380而從穩(wěn)壓器380
9接收VHI。其它穩(wěn)壓器輸出端口 380C、380D則相互連接至相等切換電路360、370中的上電 壓端口。切換電路360連接至天線355且接收電路365是利用接收開關(guān)(SWRx)端口 360A 進(jìn)行控制。同樣地，天線355與測試電路375之間的切換電路370是利用開關(guān)(SWBT)端口 370A進(jìn)行控制。穩(wěn)壓器380從穩(wěn)壓器輸入端口 380A接受待調(diào)整的電壓，例如從無線手持設(shè) 備的電池VBAT輸入的電壓。傳送開關(guān)310A與第一和第二控制器晶體管351、353的門極電性耦合。第一控制 器晶體管351的漏極與高電壓軌VHI電性耦合，第一控制器晶體管351的源極與第二控制 器晶體管353的漏極電性耦合，且第二控制器晶體管353的漏極與低電壓軌VLO電性耦合。 第三和第四控制器晶體管352、354分別設(shè)于高電壓軌VHI與低電壓軌VLO之間。第三和第 四控制器晶體管的門極與第一和第二控制器晶體管351、353之間的中點(diǎn)漏極-源極連結(jié)電 性耦合。第一控制器輸出端口 350A也與上述中點(diǎn)漏極-源極連結(jié)電性耦合，與第三控制器 輸出端口 350C相同。第二控制器輸出端口 350B與第三和第四控制器晶體管352、354之間 的中點(diǎn)漏極_源極連結(jié)電性耦合。操作時(shí)，若SWTx端口 310A收到傳送開關(guān)低信號(hào)，則切換場效晶體管331、332和 333關(guān)閉，源極-漏極電壓為來自第一控制器輸出端口 350A的VHI，且門極為來自第二控制 器輸出端口 350B的VLO或接地。在此狀態(tài)下，分流場效晶體管341、342和343開啟，門極電 壓為來自第三控制器輸出端口 350C的VHI，且源極-漏極電壓為來自第二控制器輸出端口 350B的VLO或接地。如果傳送開關(guān)為高電壓VHI，則所述切換場效晶體管開啟，其源極-漏 極電壓為VLO且門極被偏置為VHI，同時(shí)分流場效晶體管關(guān)閉，其門極為VLO或接地，且源 極-漏極電壓為VHI。如圖中概要說明，最后一個(gè)分流場效晶體管343的漏極是耦接到一個(gè)與提供到其 門極的信號(hào)互補(bǔ)的信號(hào)。在此，所述互補(bǔ)信號(hào)是一個(gè)提供到所述切換場效晶體管331、332 和333門極的信號(hào)。這為分流場效晶體管切換提供了與所述切換場效晶體管所類似的優(yōu)
點(diǎn)ο有益地，各切換電路，如第一切換電路310，對(duì)切換以及分流路徑上的場效晶體管 提供接近最大可能值得「開」及「關(guān)」驅(qū)動(dòng)電壓。此外，系統(tǒng)本身包含與天線355以及電性 耦合電路傳送電路385關(guān)聯(lián)的切換電路AC連結(jié)。電容器321、324可隨選地響應(yīng)連接切換 電路300 (包含切換電路310、360和370)與天線355、傳送電路385、接收電路365和測試 電路375的導(dǎo)線。例如，在一個(gè)設(shè)計(jì)以2. 45GHz運(yùn)作的切換電路中，導(dǎo)線電感通常為500pH， 則這些電容器規(guī)格設(shè)定為標(biāo)稱8. 4pF。如上面關(guān)于微波切換電路300的敘述，穩(wěn)壓器380將經(jīng)過調(diào)節(jié)的輸出電壓VHI提 供到分別與切換電路310、360和370電性耦合的穩(wěn)壓器輸出端口 380B、380C和380D。隨選 地，穩(wěn)壓器380也可連接到用來判斷切換電路是否已經(jīng)開啟的電路系統(tǒng)，也就是說此電路 系統(tǒng)可以判斷傳送開關(guān)、接收開關(guān)和測試開關(guān)之一是否已經(jīng)設(shè)定成打開對(duì)應(yīng)的切換電路。 如果這三個(gè)控制信號(hào)都沒有啟動(dòng)，就不進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)，直接供應(yīng)產(chǎn)生的VHI，并且控制邏輯 與電路以相同電壓準(zhǔn)位運(yùn)作，也就是接地或VLO和VHI，以確保不會(huì)發(fā)生電路閉鎖以及不必 要的功率浪費(fèi)。因?yàn)闆]有從VHI汲取平均電流，它的功能僅僅是供應(yīng)電力給如控制器電路 350等控制器電路中的靜態(tài)金屬氧化層半導(dǎo)體逆變器。圖3B說明圖3A設(shè)計(jì)的典型效能。如圖中可見，第一時(shí)間電壓圖350A描繪所述切
10換場效晶體管331、332和333中各漏極接點(diǎn)處的電壓，其中第一曲線350A1代表來自第一 切換場效晶體管331的漏極電壓Vdl，第二曲線350A2代表來自第二切換場效晶體管332 的漏極電壓Vd2,而第三曲線350A3代表來自第三切換場效晶體管333的漏極電壓Vd3。各 漏極電壓從擺幅大約是26V的第一切換曲線350A1減少到擺幅大約是5V的第三切換曲線 350A3。參照?qǐng)D4，本發(fā)明實(shí)施例中是對(duì)圖3A的切換場效晶體管331、332以及333提供漏 極_源極電阻器。在微波切換電路400中，單一切換電路410是設(shè)置在天線355與傳送電路 385之間，并且是從傳送開關(guān)端口 310A進(jìn)行控制。單一切換電路410在此具有電阻器411、 412和413，分別設(shè)置在各切換場效晶體管331、332和333的漏極與源極接之間。恰當(dāng)選擇 電阻器起可以減少諧波失真。參照?qǐng)D5，本發(fā)明實(shí)施例中微波開關(guān)的切換場效晶體管在此修改成包括門極間電 極。如圖所示，微波切換電路500包含一設(shè)置于天線355以及傳送電路385間的切換電路 510。各所述切換場效晶體管531至533的實(shí)施方式為場效晶體管結(jié)構(gòu)550。場效晶體管結(jié) 構(gòu)550本身包含源極接點(diǎn)550S、漏極接點(diǎn)550D，以及門極接點(diǎn)550G1和550G2。然而，現(xiàn)在 是以門極間接點(diǎn)550IG設(shè)置在門極接點(diǎn)550G1與550G2之間。因此，所述切換場效晶體管漏極-源極間的電阻器，如圖4的電阻器411、412和 413，以成對(duì)電阻器取代。所以第一切換場效晶體管531具有漏極與門極間電極間的第一電 阻器541A，以及所述門極間電極與源極間的第二電阻器541B。第二切換場效晶體管532的 第三和第四電阻器542A、542B將門極間接點(diǎn)550G連接到所述漏極和源極接點(diǎn)，且第三切換 場效晶體管533的第五和第六電阻器543A、543B將門極間接點(diǎn)550G連接到所述漏極和極 接點(diǎn)。各切換場效晶體管531至533被描繪成門極接點(diǎn)與所述開關(guān)控制電路間的單體電阻 器312至314，而各門極接點(diǎn)550G1和550G2隨選地經(jīng)由個(gè)別電阻器(圖未明示)電性耦 合。偏置所述門極間電極的動(dòng)作可改變夾斷電壓，因此進(jìn)一步改善所述切換場效晶體管中 的諧波抑制。雖然分流無線射頻到接地時(shí)的諧波抑制通常不像在切換路徑中那么重要，我們可 隨選地將圖4及圖5的切換場效晶體管配置應(yīng)用在所述分流場效晶體管。在此所描述的實(shí) 施例應(yīng)用于硅金屬氧化層半導(dǎo)體型的場效晶體管時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)低制造成本并且提供切換電 路與標(biāo)準(zhǔn)硅金屬氧化層半導(dǎo)體傳送/接收電路的整合。總之，以上所述，為本發(fā)明的幾種實(shí)現(xiàn)方式，并不代表本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的所有方式， 凡是與本發(fā)明有同樣的構(gòu)思，且能達(dá)到同樣或近似效果的技術(shù)方案，均應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù) 范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種電路，其特征在于一第一無線射頻開關(guān)，可操作于一第一模式以及一第二模式，所述無線射頻開關(guān)包含一輸入端口，用來接收一無線射頻信號(hào)；一輸出端口，用來在所述第一模式下提供所述無線射頻信號(hào)，以及在所述第二模式下不提供所述無線射頻信號(hào)；一分流開關(guān)，用來在所述第二模式下將所述無線射頻信號(hào)分流接地，以及在所述第一模式下不將所述無線射頻信號(hào)分流接地；以及一開關(guān)，用來在所述第一模式下將所述無線射頻信號(hào)導(dǎo)引至所述輸入端口與所述輸出端口之間，以及在所述第二模式下不將所述無線射頻信號(hào)導(dǎo)引至所述輸入端口與所述輸出端口之間；以及一控制器，包含一切換電路，用來同時(shí)提供復(fù)數(shù)控制信號(hào)，所述控制器包含一第一信號(hào)，用來在所述第一模式與第二模式之間偏置所述開關(guān)；一近乎互補(bǔ)信號(hào)，用來在所述第二模式與第一模式之間偏置所述分流開關(guān)；以及一偏置信號(hào)，用來依據(jù)所述近乎互補(bǔ)信號(hào)偏置所述開關(guān)的源極和漏極其中之一。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電路，其特征在于，所述偏置信號(hào)是在靠近所述輸出端口處所提{共。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電路，其特征在于，使用時(shí)所述偏置信號(hào)與所述第一信號(hào)合力提 供跨所述開關(guān)門極_通道的較大電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的電路，其特征在于，所述控制器提供一第二偏置信號(hào)，用來根據(jù)所 述第一信號(hào)在靠近一接地端口處偏置所述分流開關(guān)的源極和漏極其中之一。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的電路，其特征在于， 所述分流開關(guān)包含至少一分流場效晶體管； 所述開關(guān)包含至少一切換場效晶體管；以及 所述控制器包含一控制端口，用來接收一開關(guān)控制信號(hào)；一高電壓軌，用來對(duì)所述控制器供應(yīng)一第一供應(yīng)電壓；以及復(fù)數(shù)控制開關(guān)，用來驅(qū)動(dòng)所述至少一分流場效晶體管的門極，以在第二模式開啟所述 分流場效晶體管，以及在第一模式關(guān)閉所述分流場效晶體管，以在第二模式驅(qū)動(dòng)所述至少 一切換場效晶體管的門極以關(guān)閉所述切換場效晶體管，以及在第一模式開啟所述切換場 效晶體管，并且用來偏置所述至少一切換場效晶體管的漏極，以增加所述至少一切換場效 晶體管的門極與漏極間的一個(gè)電壓差值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的電路，其特征在于，所述復(fù)數(shù)控制開關(guān)包含串聯(lián)在所述高電壓軌 與一低電壓軌之間的一第一控制開關(guān)以及一第二控制開關(guān)、所述第一控制開關(guān)的漏極連接 到所述第二控制開關(guān)的源極，以及串聯(lián)在所述高電壓軌與一低電壓軌之間的一第三控制開 關(guān)和一第四控制開關(guān)，所述第三控制開關(guān)的漏極連接到所述第四控制開關(guān)的源極，所述第 三和第四控制開關(guān)的門極連接到所述第一控制開關(guān)的漏極，以及所述第一和第二控制開關(guān) 的門極連接到一控制信號(hào)輸入端口。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的電路，其特征在于，用來偏置的所述第一信號(hào)是提供在所述第三控制開關(guān)的漏極，所述近乎互補(bǔ)信號(hào)是提供在所述第三控制開關(guān)的漏極，以及所述偏置信 號(hào)是提供在所述第一控制開關(guān)的漏極。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的電路，其特征在于，所述切換場效晶體管的漏極是受一近乎互補(bǔ) 信號(hào)偏置到其門極所接收的信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的電路，其特征在于，所述分流開關(guān)包含至少一分流場效晶體管；所述開關(guān)包含至少一切換場效晶體管；以及所述控制器包含一控制端口，用來接收一開關(guān)控制信號(hào)；一高電壓軌，用來對(duì)所述控制器供應(yīng)一第一供應(yīng)電壓；復(fù)數(shù)控制開關(guān)，用來驅(qū)動(dòng)所述至少一分流場效晶體管的門極，以在所述第二模式下開 啟所述分流場效晶體管，以及在所述第一模式下關(guān)閉所述分流場效晶體管，用來驅(qū)動(dòng)所述 至少一切換場效晶體管的門極在所述第二模式下關(guān)閉所述切換場效晶體管，以及在所述第 一模式下開啟所述切換場效晶體管，用來偏置所述至少一切換場效晶體管的漏極以增加所 述至少一切換場效晶體管的門極與漏極間的一個(gè)電壓差值，以及用來偏置所述至少一分流 場效晶體管的漏極以增加所述至少一分流場效晶體管的門極與漏極間的一個(gè)電壓差值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的電路，其特征在于，所述復(fù)數(shù)控制開關(guān)包含串聯(lián)在所述高電壓軌 以及一低電壓軌之間的一第一控制開關(guān)和一第二控制開關(guān)，第一控制開關(guān)的漏極連接到第 二控制開關(guān)的源極；以及串聯(lián)在高電壓軌與一低電壓軌之間的一第三控制開關(guān)和一第四控 制開關(guān)，第三控制開關(guān)的漏極連接到第四控制開關(guān)的源極，第三和第四控制開關(guān)的門極連 接到第一控制開關(guān)的漏極，以及第一和第二控制開關(guān)的門極連接到一控制信號(hào)輸入端口。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的電路，其特征在于，用來偏置的所述第一信號(hào)是提供在所述第 三控制開關(guān)的漏極，所述近乎互補(bǔ)信號(hào)是提供在所述第三控制開關(guān)的漏極，以及所述偏置 信號(hào)是提供在所述第一控制開關(guān)的漏極。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的電路，其特征在于，所述切換場效晶體管的漏極是受一近乎互 補(bǔ)信號(hào)偏置到其門極所接收的信號(hào)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的電路，其特征在于，所述開關(guān)包含復(fù)數(shù)串聯(lián)的切換場效晶體管， 前方切換場效晶體管的漏極與后方切換場效晶體管的源極連接，各切換場效晶體管的門極 電阻性耦合所述第一信號(hào)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的電路，其特征在于，各所述切換場效晶體管包含一門極間電極，設(shè)置于一對(duì)切換場效晶體管門極接點(diǎn)之間，用來偏置一門極間區(qū)域，以 調(diào)整所述切換場效晶體管的一特性；一第一前饋電阻器，與所述切換場效晶體管漏極接點(diǎn)以及所述門極間電極為電性耦 合；以及一第二前饋電阻器，與所述切換場效晶體管源極接點(diǎn)以及所述門極間電極為電性耦1=1 o
15.根據(jù)權(quán)利要求1的電路，其特征在于，所述電路是由一集成電路構(gòu)成，而所述集成 電路是利用硅金屬氧化層半導(dǎo)體制程、砷化鎵制程，以及硅鍺制程中的至少一種所制造而成。
16.一種方法，其特征在于提供一切換電路，用來將一信號(hào)從所述切換電路的一輸入端口切換到所述切換電路的一輸出端口；提供一分流電路，用來以可切換的方式將所述信號(hào)從所述輸入端口分流接地； 提供一控制信號(hào)，用來偏置所述分流電路的一控制端口，以及一近乎互補(bǔ)控制信號(hào)，用 來偏置所述切換電路的一控制端口以分流從所述輸入端口接收的一信號(hào)或切換所述信號(hào) 至所述輸出端口 ；以及提供一偏置信號(hào)，用來偏置在所述輸入端口及所述輸出端口之間信號(hào)路徑上所述切換 電路中的一端口。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其特征在于，所述偏置信號(hào)與提供給所述分流電路的所 述控制信號(hào)大致相同。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其特征在于，所述偏置信號(hào)是用來增加跨越所述切換電 路一場效晶體管的門極漏極電壓差值。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其特征在于，所述偏置信號(hào)是從一高電壓軌以及一低電 壓軌之間的兩個(gè)串聯(lián)第一晶體管的漏極源極接面所提供的。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其特征在于，對(duì)所述切換電路所提供的所述近乎互補(bǔ)控 制信號(hào)，是從一高電壓軌以及一低電壓軌之間的兩個(gè)串聯(lián)第二晶體管的漏極源極接面所提 供的，所述兩個(gè)第二晶體管的門極連接至所述兩個(gè)第一晶體管的源極漏極接面。
全文摘要
本發(fā)明提供一種切換電路，用來將一信號(hào)從它的輸入端口切換到它的輸出端口。本發(fā)明提供一種用來控制晶體管式開關(guān)的方法。本發(fā)明也提供一種分流電路，以可切換的方式把信號(hào)從輸入端口分流接地。本發(fā)明產(chǎn)生的控制信號(hào)是用來偏置分流電路的控制端口，且本發(fā)明產(chǎn)生的近乎互補(bǔ)控制信號(hào)是用來達(dá)成切換電路的偏置，以分流輸入端口接收的信號(hào)或?qū)⒋诵盘?hào)切換到輸出端口。本發(fā)明也提供偏置信號(hào)，用來偏置切換電路中在所述輸入端口及所述輸出端口之間的信號(hào)路徑上的一個(gè)端口。
文檔編號(hào)H01P1/15GK101984517SQ201010209219
公開日2011年3月9日 申請(qǐng)日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月29日
發(fā)明者約翰·尼斯貝特, 麥可·麥帕特林, 黃俊文 申請(qǐng)人:SiGe半導(dǎo)體公司