[发明专利]具有分布式开关的射频切换电路

说明书

一种RF切换装置，其具有沿传输线分布的分布式分路开关，以提高装置的信号隔离性以及RF带宽。分路开关可以在物理上定位在传输线的两侧，以保持集成电路(IC)设计基本对称，以便提供可预测且可靠的操作特性。一些实施方式包括堆叠的FET分路开关和串联开关，以容忍高电压。在一些实施方式中，每个FET分路开关的栅极电阻器都被分成两个或更多个部分。

背景

(1)技术领域

本发明总体涉及电子信号切换装置，并且更具体地涉及电子射频信号切换装置。

(2)背景技术

电子信号开关被使用于各种各样的应用中。常用的一种类型的信号开关是场效应晶体管(FET)，场效应晶体管(FET)通过栅极端子被有源地控制，以阻断或传递与FET的源级端子和漏极端子串联连接的电信号 (在另一操作模式中，FET也可以被用于响应于栅极端子上的变化的信号而对电信号进行调制)。

场效应晶体管可以用各种技术(例如，标准体硅、绝缘体上硅、蓝宝石上硅、GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)、GaAs赝配高电子迁移率晶体管(pHEMT)以及MESFET工艺)制造，并且在示意图中通常被表示为理想化装置。然而，在许多应用中，尤其在射频(RF)电路中，FET开关的结构和材料可以对其自身操作具有显著影响(例如，关于带宽、隔离性和功率容量)，并且FET开关的存在可以对电路中的其他部件具有显著影响。这样的影响部分地出现，这是因为“闭合”/“接通”的(低阻抗)FET具有非零电阻，并且“张开”/“关断”的(高阻抗)FET由于从各种半导体结构附近、尤其是靠近集成电路(IC)的范围内产生的寄生电容而表现为电容器。还可能由FET的其他特性引起影响功率容量的大信号行为，例如，雪崩击穿、电流泄漏、累积电荷等。因此，当设计基于FET的电路时，必须考虑FET的实际的在电路内的行为。

FET开关的一种用途是在RF频率信号切换装置内使用。例如，图 1A是现有技术的3端口反射信号切换装置100的示意图，该3端口反射信号切换装置100用于将两个终端端口102A、102B(被示出为串联连接到各自的外部负载RF1、RF2)中的一个选择性地耦接到公共端口104(被示出为串联连接到外部负载RFC)。因此，信号切换装置100可以被视为单刀双掷(SPDT)开关。在其他配置中，可以包括多于两个的终端端口 (1×N开关)和不止一个公共端口(M×N开关)。在公共端口104和每个终端端口102A、102B之间的是相应的FET串联开关106A、106B；FET 串联开关106A、106B的尺寸可能不同，例如以适应不同的功率水平。在每个终端端口102A、102B和其相应的串联开关106A、106B之间的是被耦接至电路地的、相应的FET分路开关(shunt switch)108A、108B。这种切换装置100可以被用于例如将RF信号在分别连接到终端端口 102A、102B的两个天线与连接到公共端口104的发送和/接收电路之间选择性地耦合。对于RF信号，每个负载/源阻抗RF1、RF2、RFC按照惯例通常会具有50ohm(欧姆)的额定阻抗。

在操作中，当终端端口102A要耦接到公共端口104时，借助耦接到 FET串联开关106A的栅极的控制电路(未示出)而将串联开关106A设置成低阻抗“接通”状态。同时，分路开关108A被设置成高阻抗“关断”状态。在这种状态下，信号可以在终端端口102A和公共端口104之间传递。

对于其他终端端口102B，串联开关106B被设置成高阻抗“关断”状态以将终端端口102B与公共端口104解耦，并且相对应的分路开关108B 被设置成低阻抗“接通”状态。将分路开关108B设置成“接通”状态、因此将相关联的终端端口102B耦接到电路地的一个目的是提高通过相对应的串联开关106B的相关联的终端端口102B(以及耦接的电路元件，例如天线)的隔离性。对于具有多于两个终端端口的切换装置，针对“不使用”(解耦)的终端端口到公共端口的信号路径的串联开关和分路开关设置通常会被设置成相似的状态。