[发明专利]一种匹配可重构的超宽带单刀多掷射频开关

说明书

本发明提供一种匹配可重构的超宽带单刀多掷射频开关，属于射频集成电路技术领域。该开关采用了全对称的结构，使得从公共端口到每一个开关端口所经过的传输线长度接近相等，以保证不同通路的性能特性没有太大的差异；同时对公共端口进行分频带的阻抗匹配，通过引入k个开关+电容/电感，实现了k个频带的匹配，改善了射频开关在较宽的频带工作时无法达到较好的匹配效果的问题。

技术领域

本发明属于射频集成电路技术领域，具体涉及一种匹配可重构的超宽带单刀多掷射频开关。

背景技术

开关是射频集成电路里非常重要的控制单元。传统射频开关主要为单刀单掷(single-pol e single-throw,SPST)或者单刀双掷(single-pole double-throw,SPDT)开关。单刀单掷开关主要有两种结构：串-并(series-shunt)结构以及四分之波长传输线(λ/4transmission-line)结构，如图1所示。其中，串-并结构的串联晶体管负责开关的通断，而并联晶体管则主要起到在断开状态下的隔离作用；而四分之一波长传输线结构则将晶体管开关状态下等效的高阻和低阻通过四分之波长传输线分别转换为输入端口的低阻和高阻。单刀多掷(single-pole mu lti-throw,SPMT)开关则为一路公共端口连接多路SPST，并保证同一时刻其中一条输出支路打开，而其余支路关闭，如图2所示。单刀多掷开关要尽可能将全部的功率在公共端口和打开的SPST端口间传输，并保证其余关闭端口和工作端口之间的隔离。

在以往的应用场景下，射频开关往往仅需要在其工作频带内完成较为简单的控制功能，因此具有相应较窄的工作频带以及较少的掷数即可。然而，随着通信技术的不断发展，对于射频前端电路的功能要求越来越复杂，并且在某些特殊应用中，电路需要在很宽的频带内工作，因此，高性能、宽频带的单刀多掷开关的设计就尤为重要。然而，单刀多掷开关的一个显著问题在于，在实际电路中，开关导通和断开并不能等效为理想的短路和开路，晶体管以及连接原件的传输线都有寄生电容、寄生电感还有电阻，因此，每增加一条支路都会对其他支路造成影响；并且，对于射频电路电路的阻抗匹配只能在某一个频点进行，因此，对于超宽带电路如何进行阻抗匹配也是一个需要解决的难点。

发明内容

针对背景技术中单刀多掷开关所存在的难以实现宽带匹配和每条支路特性不一致的问题，本发明的目的在于提供一种匹配可重构的超宽带单刀多掷射频开关。该开关提出一种全新结构，使得每个端口到公共端口的传输线长度均相同，同时对公共端口进行分频带的阻抗匹配，以实现超宽带的应用。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种匹配可重构的超宽带单刀多掷射频开关，包括若干个单刀单掷开关(SPST)、若干段传输线、k个开关晶体管和k个电路元件，其特征在于，所述超宽带单刀多掷射频开关的公共端口至开关端口呈树状，具有n级传输线，公共端口连接公共传输线的一端，公共传输线的另一端连接多个一级传输线，n-1级与n级传输线相连，和同一级传输线相连接的下一级传输线的数量相等，第n级传输线的一端连接串-并结构的单刀单掷开关，每个单刀单掷开关端口距离公共端口的传输线长度均相等；同时，公共传输线与可重构阻抗匹配网络并联，以实现不同频带的阻抗匹配。

进一步地，所述单刀单掷开关具体为串-并结构的单刀单掷开关，不选用四分之波长传输线单刀单掷开关是因为四分之波长传输线结构不适合在宽带工作，因为对于某一个频率的四分之波长在其他频率下不是四分之波长，无法完成所需的阻抗转换，而且在频率较低时，四分之波长传输线过长，很难集成在电路里。

进一步地，传输线级数n≥2。

进一步地，所述串-并结构的单刀单掷开关包括两个晶体管和两段传输线，第一个晶体管源级为输入端口，漏级与第一传输线一端串联，第一传输线另一端连接第二晶体管的源级和第二传输线的一端，第二传输线的另一端为输出端口，第二晶体管的漏级接地；第一晶体管和第二晶体管的栅极接相反电位的直流电压，控制晶体管的导通与关断。