一种低功耗高抗干扰性的射频开关

摘要

本发明公开了一种低功耗高抗干扰性的射频开关，属于CMOS超大规模集成电路技术领域。本发明的射频开关为串联和并联两种，串联射频开关的连接关系为：阻变器件R与电感为串联；阻变器件R与电感的连接端与信号输出端口连接；电感另一端与地线连接；阻变器件R另一端与输入信号端连接；阻变器件R控制器与阻变器件R的一端口连接。并联射频开关的连接关系为：阻变器件R与电感并联；阻变器件R与电感的一连接端分别与输出信号端口连接、经电容与输入信号端口连接；阻变器件R与电感的另一连接端与地线连接；阻变器件R控制器与阻变器件R的一端口连接。本发明具有结构简单、功耗低、成本低、开关速度快、高抗干扰性等特点。

权利要求

1.一种低功耗高抗干扰性的射频开关，其特征在于包括阻变器件R，阻变器件R控制器，电感；所述阻变器件R与所述电感为串联；所述阻变器件R与所述电感的连接端与信号输出端口连接；所述电感另一端与地线连接；所述阻变器件R另一端与输入信号端连接；所述阻变器件R控制器与所述阻变器件R的所述另一端连接；所述阻变器件R为阻变存储器件或相变存储器件。

2.如权利要求1所述的射频开关，其特征在于所述阻变器件R经一电容与所述输入信号端口连接。

3.如权利要求1或2所述的射频开关，其特征在于所述阻变器件R控制器包括一电感L和一阻变器件控制电压输入端；所述阻变器件R经所述电感L与所述阻变器件控制电压输入端连接。

4.如权利要求3所述的射频开关，其特征在于所述电感为平面螺旋电感；所述电感L为平面螺旋电感。

5.一种低功耗高抗干扰性的射频开关，其特征在于包括阻变器件R，阻变器件R控制器，电感，电容；所述阻变器件R与所述电感并联；所述阻变器件R与所述电感的一连接端分别与输出信号端口连接、经所述电容与输入信号端口连接；所述阻变器件R与所述电感的另一连接端与地线连接；所述阻变器件R控制器与所述阻变器件R的与所述输出信号端口连接的连接端连接；所述阻变器件R为阻变存储器件或相变存储器。

6.如权利要求5所述的射频开关，其特征在于所述电容的容抗值介于所述阻变器件R的低阻和高阻之间。

7.如权利要求5所述的射频开关，其特征在于所述电容经一定值电阻与所述输出信号端口连接；所述定值电阻阻值与所述电容的容抗值之和介于所述阻变器件R的低阻和高阻之间。

8.如权利要求5或6或7所述的射频开关，其特征在于所述阻变器件R控制器包括一电感L和一阻变器件控制电压输入端；所述阻变器件R经所述电感L与所述阻变器件控制电压输入端连接。

9.如权利要求8所述的射频开关，其特征在于所述电感为平面螺旋电感；所述电感L为平面螺旋电感。

说明书

一种低功耗高抗干扰性的射频开关

技术领域

[0001] 本发明涉及一种基于可变电阻的射频开关，尤其涉及一种低功耗高抗干扰性的射频开关，属于CMOS超大规模集成电路(ULSI)技术领域。

背景技术

[0002] 近年来，随着无线通讯设备市场的迅速发展，作为无线通讯系统的重要部件射频(RF)开关收到了很高的关注。RF开关作为接收端和发射端的开关以及传输线的开关得到了广泛的应用。目前RF开关主要有三种类型：PIN二极管开关，MOSFET开关、MEMS开关。PIN二极管开关由于功率损耗大不适于低功耗集成电路的应用，很难用于便携可移动通信设备中；MEMS作为开关由于其较好的隔离特性受到了广泛的关注，但是其操作电压较大，开关速度慢，可靠性比较差，而且兼容性也很差，很难和现有的CMOS工艺兼容，只能作为独立的模块应用于射频的发射和接收端，这就限制了通讯电路的集成度，难于应用于便携式无线通信设备中。基于现有CMOS工艺的MOSFET开关虽然可以提高集成度，但是作为开关的电路比较复杂，而且对于射频电路的寄生影响比较大。所以设计出寄生小、兼容性好、可靠性高、低电压、低功耗的的射频开关电路对于便携式无线移动通信设备的开发和研究意义重大。

发明内容

[0003] 针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种低功耗高抗干扰性的射频开关。

[0004] 本发明的技术方案为：

[0005] 一种低功耗高抗干扰性的射频开关，其特征在于包括阻变器件R，阻变器件R控制器，电感；所述阻变器件R与所述电感为串联；所述阻变器件R与所述电感的连接端与信号输出端口连接；所述电感另一端与地线连接；所述阻变器件R另一端与输入信号端连接；所述阻变器件R控制器与所述阻变器件R的所述另一端连接；所述阻变器件R为阻变存储器件或相变存储器。

[0006] 进一步的，所述阻变器件R经一电容与所述输入信号端口连接。

[0007] 进一步的，所述阻变器件R控制器包括一电感L和一阻变器件控制电压输入端；所述阻变器件R经所述电感L与所述阻变器件控制电压输入端连接。

[0008] 进一步的，所述电感为平面螺旋电感；所述电感L为平面螺旋电感。

[0009] 一种低功耗高抗干扰性的射频开关，其特征在于包括阻变器件R，阻变器件R控制器，电感，电容；所述阻变器件R与所述电感并联；所述阻变器件R与所述电感的一连接端分别与输出信号端口连接、经所述电容与输入信号端口连接；所述阻变器件R与所述电感的另一连接端与地线连接；所述阻变器件R控制器与所述阻变器件R的与所述输出信号端口连接的连接端连接；所述阻变器件R为阻变存储器件或相变存储器。

[0010] 进一步的，所述电容的容抗值介于所述阻变器件R的低阻和高阻之间。

[0011] 进一步的，所述电容经一定值电阻与所述输出信号端口连接；所述定值电阻阻值与所述电容的容抗值之和介于所述阻变器件R的低阻和高阻之间。

[0012] 进一步的，所述阻变器件R控制器包括一电感L和一阻变器件控制电压输入端；所述阻变器件R经所述电感L与所述阻变器件控制电压输入端连接。

[0013] 进一步的，所述电感为平面螺旋电感；所述电感L为平面螺旋电感。

[0014] 具体来说，本发明RF开关电路包括高频信号输入端口、输出端口，阻变器件，阻变器件的阻值控制端口，直流隔离电容，交流隔离电感等部件。

[0015] 本发明的开关电路有两种电路拓扑结构：串联型、并联型。

[0016] 本发明所涉及的电路拓扑结构以及所用的电路元件具有可扩展性，作为开关的重要组成部分的变阻器件，并不限于一种，任何可以发生电阻改变的器件(比如具有阻变特性的RRAM、PRAM等)都可以用于RF开关电路。

[0017] RF开关电路能够利用CMOS后端工艺实现，在三维集成、高性能、低压低功耗的RF开关方面，具有很高的应用价值。

[0018] 相比于现有技术，本发明的积极效果为：

[0019] 1)开关电路结构简单，电路可以由电容，电感以及开关器件搭建而成。

[0020] 2)用于开关的器件的面积小，集成度高，而且可以实现三维集成，进一步提高了集成度，降低了成本。

[0021] 3)开关的切换速度快，可以达到ns级别，适用于高速开关切换模块。

[0022] 4)工作电压低，约为0.5V～2V，功率损耗小(可以和MEMS开关相比拟)，适用于低功耗应用。

[0023] 5)寄生电容小，适用于射频电路应用。

[0024] 6)工艺实现简单，制备成本低。

附图说明

[0025] 图1为本发明射频开关电路串联型结构示意图，

[0026] 图2为本发明射频开关电路并联型结构示意图，

[0027] 图3为单极器件的工作模式；

[0028] 图4为双极器件的工作模式。

[0029] 其中：1-高频信号输入端口；2-阻变器件控制电压端口；3-高频信号输出端口；4-直流信号隔离电容C；5-高频交流信号隔离电感L；6-阻变器件；7-高频交流信号隔离电感；8一定值电阻。

具体实施方式

[0030] 下面通过具体实施例结合附图对本发明作进一步描述。

[0031] 实施例1-串联型(见图1)

[0032] 本实施例中阻变器件R6采用了阻变存储器件RRAM(电阻可以在控制电压的作用下发生阻值的改变，并且电压撤去后，阻值可以保持)，如金属氧化物阻变器件NiOx、HfOx、CuOx、TaOx、WOx等或者钙钛矿类阻变器件PCMO以及相变存储器PRAM，阻变器件的阻值可以在控制电压Vcontrol下发生阻值的转换。直流信号隔离电容4采用了MIM电容，用于耦合输出交流信号，隔离直流信号，电感5和电感7均采用平面螺旋电感，电感5用于耦合直流信号，隔离交流信号，电感5和阻变器件控制电压端2一起构成阻变器件R6控制器，控制阻变器件R6的阻值变化，电感7用于隔离交流信号，提高输出阻抗。

[0033] 电路拓扑结构连接方式如下：直流信号隔离电容C4一端接信号输入端1，另一端接阻变器件R6和隔离电感5；隔离电感5一端接阻变器件控制电压端2，另一端和电容C4以及阻变器件R6相连；阻变器件R6一端接隔离电感5和隔离电容C4，另一端接输出信号端3和隔离电感7；隔离电感7一端接输出信号端3和阻变器件R6，另一端接地。

[0034] 开关的工作原理：

[0035] 当阻变器件的电阻处于高阻态时，其电阻值大小达到兆欧姆(MΩ)以上，输入端口的高频信号传到输出端口衰减的很厉害，输出端口的信号强度很弱，基本可以认为没有信号，此时可以认为RF开关处于关态；当阻变器件的电阻处于低阻态时，其电阻值大小达到几个欧姆或者几十个欧姆，输入端口的高频信号可以顺利传到输出端，此时RF开关处于开态。

[0036] 开关的核心部件阻变器件R6可以是单极阻变器件、双极阻变器件。

[0037] 单极阻变器件的工作模式如图3所示：当阻变器件处于高阻态时，加正向电压在限流的情况下，电阻由高阻态转换成低阻态，此过程定义为“开”；当阻变器件处于低阻态时，加正向电压不限流的情况下，电阻会由低阻态转变成高阻态，此过程定义为“关”。

[0038] 双极阻变器件的工作模式如图4所示：当阻变器件处于高阻态时，加正向电压在限流的情况下，电阻由高阻态转换成低阻态，此过程定义为“开”；当阻变器件处于低阻态时，加反向电压不限流的情况下，电阻会由低阻态转变成高阻态，此过程定义为“关”。

[0039] RF开关具体工作过程：

[0040] 当阻变器件在控制电压端2电压的作用下，阻变器件R6变成了高阻，此时RF开关处于关态，高频信号输出端接收到了很微弱的信号，可以认为没有信号输出。

[0041] 当阻变器件在控制电压端2电压的作用下，阻变器件R6变成了低阻，此时RF开关处于开态，高频信号输出端接收到了输出端传递过来的信号。

[0042] 实施例2-并联型(见图2)

[0043] 电路拓扑结构连接方式如下：直流信号隔离电容C4一端接信号输入端1，另一端定值电阻8，定值电阻一端接直流隔离电容C，另一端接交流隔离电感5和阻变器件R6；隔离电感5一端接阻变器件控制电压端2，另一端和阻变器件R6以及输出端口3相连；阻变器件R6一端接隔离电感5、定值电阻8以及输出信号端3，另一端接地；隔离电感7一端接输出信号端3，一端接地。定值电阻阻值与电容C4的容抗值之和应该大于阻变器件R6的低阻态的阻值。

[0044] 开关的工作原理：

[0045] 当阻变器件的电阻处于低阻态时，其电阻值大小约为几个欧姆或者几十个欧姆，输入端口的高频信号传到输出端口衰减的很厉害，输出端口的信号强度很弱，基本可以认为没有信号，此时可以认为RF开关处于关态；当阻变器件的电阻处于高阻态时，其电阻值大小达到兆欧姆(MΩ)以上，输入端口的高频信号可以顺利传到输出端，此时RF开关处于开态。

[0046] RF开关具体工作过程：

[0047] 当阻变器件在控制电压端2电压的作用下，阻变器件R6变成了低阻，此时RF开关处于关态，高频信号输出端接收到了很微弱的信号，可以认为没有信号输出。

[0048] 当阻变器件在控制电压端2电压的作用下，阻变器件R6变成了高阻，此时RF开关处于开态，高频信号输出端接收到了输出端传递过来的信号。

[0049] 虽然本说明书通过具体的实施例详细描述了本发明的RF开关电路的拓扑结构以及电路工作的过程，以及电路核心部件阻变模块采用阻变存储器件RRAM(含单极器件和双极器件)来实现，但是本领域的技术人员应该理解，本发明的实现方式不限于实施例的描述范围，在不脱离本发明实质和精神范围内，可以对本发明进行各种修改和替换，例如阻变元件可以换成PRAM等以及基于此电路模块的其它电路的扩展。