用于驱动射频开关的系统和方法
【技术领域】
[0001]本公开一般地涉及一种电子器件，并且更特别地涉及用于驱动射频(RF)开关的系统和方法。
【背景技术】
[0002]RF开关在多种RF电路中用来实施各种功能。例如，可通过使用天线开关网络来从不同类型的RF前端电路之间进行选择而实施在不同频率上使用不同信令方法的RF系统。此类电路的一个示例是多标准蜂窝式电话，其可以使用不同的标准来进行呼叫，诸如码分多址(CDMA)或全球移动通信系统(GSM)。通过使用RF开关，可将针对CDMA通信优化的RF前端电路用于CDMA呼叫，同时可将针对GSM通信优化的RF前端电路用于GSM呼叫。另夕卜，可使用RF开关来实施用于天线和功率放大器的可调整匹配网络，并且通过将无源匹配和调谐元件接入和断开和/或绕过而提供用于高频滤波器的调整调谐。
[0003]随着在细微几何结构集成电路过程中RF部件正变得更加集成，存在关于制造具有良好高频性能的RF开关的许多技术挑战。一个此类挑战是处理在信号传输的过程期间可发生的大的电压摆动。在某些情况下，这些电压摆动可超过正在使用的特定半导体工艺技术的击穿电压。其中解决此挑战的一个方式是通过堆叠多个器件和/或通过使用可更好地经受住较高电压的物理上较大的器件。集成RF开关的另一挑战涉及到管理RF开关本身的寄生环境，因为用来经受住较高电压的大的器件可能倾向于可使RF信号衰减和/或退化的较高寄生电容。
【发明内容】
[0004]根据实施例，射频(RF)开关电路包括具有负载路径和控制节点的多个串联连接RF开关单元以及被耦合到控制节点的开关驱动器。多个串联连接RF开关单元中的每一个包括开关晶体管和栅极电阻器，其具有被耦合到开关晶体管的栅极的第一末端和被耦合到控制节点的第二末端。开关驱动器包括随控制节点电压而变化的可变输出阻抗。
【附图说明】
[0005]为了更完全地理解本发明及其优点，现在对结合附图进行的以下描述进行参考，在所述附图中:
图1a — g图示出常规RF开关电路；
图2a — e图示出实施例RF开关电路的示意图；
图3图示出实施例RF开关驱动电路；
图4图示出各种RF开关电路的插入损耗的波形图；以及图5图示出实施例方法的框图。
[0006]除非另外指明，不同图中的相应数字和符号一般地指代相应部分。附图被描绘成清楚地图示出优选实施例的相关方面且不一定按比例描绘。为了更清楚地图示出某些实施例，指示同一结构、材料或过程步骤的变化的字母可遵循图号。
【具体实施方式】
[0007]下面详细地讨论当前优选实施例的实现和使用。然而，应认识到的是本发明提供了可以在各种各样的特定上下文中具体实施的的许多适用发明概念。所讨论的特定实施例仅仅说明实现和使用本发明的特定方式，且并不限制本发明的范围。
[0008]将在特定上下文中相对于优选实施例来描述本发明:一种用于驱动射频(RF)开关的系统和方法。本发明还可应用于包括利用用于高频应用的开关的其它电路的其它系统和应用，诸如无线和有线通信系统、雷达系统，以及一般地在诸如振荡器、接收/发射开关、衰减器、功率放大器旁路电路、RF匹配和RF滤波器开关之类的电路中。
[0009]在本发明的实施例中，通过用具有自适应阻抗的RF开关来驱动晶体管的栅极而减小RF开关电路的电容寄生现象。在一个示例中，当开关的状态处于转变中时用低阻抗来驱动RF开关的晶体管，并且当RF开关的状态处于稳定(settle)状态(即，开或关)时用高阻抗驱动。通过在转变期间用低阻抗来驱动RF开关的晶体管，可确保快速转变。通过当RF开关处于稳定状态时用高阻抗来驱动RF的晶体管，减小了在RF开关的输入和输出端口处经历的寄生电容。
[0010]在另一实施例中，用电流源来驱动RF开关。当RF开关的状态在转变中时，用高到足以确保及时的状态转变的电流来驱动RF开关的晶体管的栅极。当RF开关的状态稳定时，由于其偏置条件而减小了电流源的电流，或者使用反馈机制将其关断。
[0011]图1a图示出包括RF接收机102、104、106和108的RF系统100，其输出经由天线开关113被路由到天线111。天线开关113是单极4掷SP4T RF开关，其从用于连接到天线111的RF收发机102、104、106和108的输出之中进行选择。图1a中所示的四收发机系统仅仅是许多可能RF开关配置的一个示例。应理解的是其它天线开关系统可具有被路由到天线的多于或少于四个元件。
[0012]图1b图示出包括四个RF支路的天线开关113的简化示意图，其中的每一个包括两个开关和开关驱动器。例如，选择第一输入节点Inl的第一 RF支路包括串联开关110和旁路开关112。当选择了第一输入节点Inl时，驱动器126闭合开关110并打开开关112，从而在输入节点Inl与输出节点Out之间创建导电路径。另一方面，当未选择第一输入Inl时，驱动器126打开开关110并闭合开关112以将输入节点Inl与输出节点Out断开并将输入节点Inl旁路至地。类似地，当选择了第二输入In2时，驱动器128闭合开关116并打开开关114，从而在输入节点In2与输出节点Out之间创建导电路径。当未选择第一输入In2时，驱动器128打开开关116并闭合开关114以将输入节点In2与输出节点Out断开并将输入节点In2旁路至地。包括串联开关118、旁路开关120和驱动器130的第三支路将第三输入节点In3连接和将其与输出节点Out断开，并且包括串联开关124、旁路开关122和驱动器132的第四支路以类似方式将第四输入节点In4连接和将其与输出节点Out断开。
[0013]图1c图示出包括串联开关110、旁路开关112和驱动器126的第一 RF支路的详图。如所示，串联开关110和旁路开关112两者都是使用被串联连接的多个堆叠晶体管实施的，其中的每个晶体管MSW具有串联栅极电阻器RGATE。此类堆叠例如用来防止在存在高RF电压摆动的情况下的击穿。如进一步所示，晶体管MSW的公共源极/漏极节点经由电阻器RDS被耦合到地。在一个示例中，实施例电阻器RDS可为约400 Ι?Ω，然而，可使用其它值。可使用CMOS块(CMOS-Bulk)、使用薄(think)或厚膜绝缘体上硅(SOI)的CM0S-S01、GaAs-HEMT或其它FET晶体管类型技术中的FET晶体管来实施开关电路。在某些情况下，还可使用PIN晶体管。如所示，使用NMOS器件来实施晶体管MSW，然而，可使用PMOS器件或其它晶体管类型来实施晶体管MSW。
[0014]在操作期间，驱动器126通过在开关110内的晶体管MSW的栅极上施加正电压、同时向开关112内的晶体管MSW的栅极提供负电压来在输入节点Inl与输出节点Out之间提供导电路径。为了将输入节点Inl与输出节点Out隔离，使偏压反向，使得在开关110内的晶体管MSW的栅极上施加负电压，同时向开关112内的晶体管MSW的栅极施加正电压。替换地，可使用正电压来激活晶体管MSW并使用负电压将其解激活。在此类实施例中，可将附加DC阻塞电容器(未示出)耦合到输入节点Inl或输出节点Out以确保对称的RF摆动。例如，当在RF线路上存在DC电压时，利用此类DC阻塞电容器。在其中在RF线路上不存在DC电压的某些实施例中，不使用DC阻塞电容器。对于在MOS晶体管上不具有负偏置的开关而言，通常使用DC阻塞。此类情况可在例如其中正在正电压与地之间切换晶体管的栅极的系统中发生，使用GaAs技术实施的电路的情况一般如此。还应理解的是当使用除NMOS器件之外的其它晶体管类型时，激活和解激活电压的极性可以不同。例如，在利用PMOS器件的实施例中，激活电压可低于解激活电压。
[0015]图1d示出了开关110和相应驱动器126，其中，晶体管MSW还用寄生栅极一漏极电容Cgs和栅极一源极电容Cgs被注解。当开关110关闭时，寄生电容Cgs和Cgd的串联组合将存在于输入节点Inl或输出节点Out上的RF信号均匀地散布在晶体管MSW上。为了防止RD信号的失真，将RGATE和RDS的电阻选择成足够高以确保电容Cgs和Cgd表现为串联连接电容以防止输入节点Inl和输出节点Out处的寄生加载。用于RGATE和RDS的示例性值分别地是400k和400k，然而，可使用其它值。然而，在非理想条件下，由电阻器RGATE提供的隔离的量受到与电阻器RGATE相关联的寄生电容的限制。
[0016]图1e图示出开关110，其中，用电容Cbp来表示每个栅极电阻器RGATE的旁路寄生电容并用电容Cp来表示电阻器RDS的旁路电容。另外，示出了被实施的驱动器126，其使用PMOS开关晶体管140来将正电压+VGATE耦合到晶体管MSW的栅极以开启开关110并使用NMOS开关晶体管142来将负电压-VGATE耦合到晶体管MSW的栅极以关断开关110。
[0017]寄生电容Cbp和Cp可由电阻器RGATE的物理实现的非理想性产生。例如，当使用设置在衬底顶部上的多晶硅来实施电阻器RGATE和/或RDS时，将存在少量的旁路电容。例如，取决于特定电阻器布局，400 kQ可具有2fF旁路电容。在I GHz下，2fF电容对应于80k Ω的电容性阻抗，从而降低了在I GHz下的RGATE的总有效阻抗。应认识到的是这仅仅是物理电阻器的一个特定示例。其它实施例电阻器可具有与之相关联的不同电阻器值和/或不同的寄生电容。
[0018]当将多个晶体管堆叠时