[发明专利]高掷数RF开关

说明书

一种基于高掷数多极FET的RF开关架构，其在插入损耗、返回损耗、隔离、线性度和功率处理方面提供了良好的RF性能。公共端口RFC沿公共路径耦接到多个端口RFn。实施方式引入了由状态相关逻辑控制的另外的公共RF路径分支隔离开关。分支隔离开关帮助将未使用的分支端口RFn和公共路径的未使用部分与公共路径的起作用的部分相隔离，并由此降低了可归因于这样的分支的电抗性负载，该电抗性负载使“较靠近”公共端口RFC的端口RFn的RF性能降级。还可以使用分支隔离开关来针对多路复用功能而重新配置开关架构以及出于可重新配置性目的、调谐或改变开关掷数和封装选项而重新配置单独的开关路径组。

对相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年2月9日提交的标题为“HIGH THROW-COUNT RF SWITCH”的美国专利申请号15/019,882的优先权，该美国专利申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及电子电路，并且更特别地涉及利用场效应晶体管(FET)的无线电频率(RF)开关电路。

背景技术

电子信号开关被用在各种应用中。特别地，已经发现基于多极FET的RF开关架构在需要多个RF信号的发送和/或接收路径的应用中是有用的。例如，这样的开关结构在用于将多个天线耦接到多组发射/接收电路的蜂窝无线电系统中是有用的。其他示例包括自动测试设备和电子实验室台架测量设备。

FET可以以各种技术来(例如，标准体硅、绝缘体上硅、蓝宝石上硅、GaN HEMT、GaAspHEMT和MESFET工艺)制造，并且通常在示意图中表示为理想的通断开关装置。然而，在许多应用中，特别是在RF电路中，FET的结构和材料可能对其自身操作(例如，关于带宽、隔离和功率处理)具有显著影响，并且FET的存在可能对电路中的其他部件具有显著影响。产生这样的影响部分地是因为“闭合”或“通”(即低阻抗或导通)的FET具有非零电阻，而“打开”或“断”(即高阻抗或阻塞)的FET表现为由于接近各种半导体结构而产生的寄生电容引起的电容器，特别是在集成电路(IC)的紧密范围内。此外，在基于多极FET的RF开关IC中，添加的阻抗元件(例如，电感器和/或传输线)以及由FET之间的互连和其他电路结构引起的寄生电感使这样的IC的设计复杂化。

迄今为止，这样的复杂性已经将基于多极FET的RF开关中的可用发送和/或接收路径的数目限制为大约8个端口(加上公共端口)，并且RF性能低于恒星。通常，增加RF开关的路径数目会引起带宽和插入损耗(IL)的权衡。此外，增加掷数会沿信号路径产生额外的寄生电感，这会由于在不同信号路径起作用时的不对称性而降低性能。例如，常规的8或12掷固态开关通常被限制于大约3GHz的宽带响应。作为另一示例，已经产生了具有最高达大约8GHz的有用带宽，但是以插入损耗、返回损耗质量、隔离度和线性/功率压缩点为代价的在GaAs中制造的一些8掷开关。

因此，需要提供良好RF性能的基于高掷数多极FET的RF开关架构。本发明满足了这样的需求。

发明内容

本发明包括基于高掷数多极FET的RF开关架构，其在插入损耗、返回损耗、隔离、线性度和功率处理方面提供了良好的RF性能。一般地，本发明的实施方式引入了由状态相关逻辑控制的另外的公共RF路径分支隔离开关。还可以使用公共RF路径分支隔离开关来针对多路复用功能而重新配置开关架构以及针对可重新配置性而重新配置单独的开关路径组。

在各种实施方式中，公共端口RFC沿公共路径耦接到多个信号端口RFn。每个端口RFn通过串联分流开关元件而连接到公共路径，该串联分流开关元件包括FET串联开关和连接到电路地的FET分流开关。为了通过公共路径将任何端口RFn耦接到公共端口RFC，对应的串联开关被设置成通，对应的分流开关被设置成断。为了将任何端口RFn与公共端口RFC去耦接，对应的串联开关被设置成断，对应的分流开关被设置成通。控制电路耦接到每个RFn端口的每个FET的栅极，以便以已知方式来设置这样的通或断状态。