一種寬帶射頻開(kāi)關(guān)CMOS電路制造技術(shù)

一種寬帶射頻開(kāi)關(guān)CMOS電路，涉及一種射頻電開(kāi)關(guān)。提供能夠有效地降低開(kāi)關(guān)插入損耗，同時(shí)當(dāng)開(kāi)關(guān)隔離時(shí)，π型濾波器電路變?yōu)樽杩棺儞Q電路，可工作在DC~43GHz的頻段內(nèi)，可集成到片上系統(tǒng)Soc或?qū)Ｓ眉呻娐稟SCI等，用于對(duì)射頻信號(hào)的傳輸及隔離操作的一種寬帶射頻開(kāi)關(guān)CMOS電路。設(shè)有數(shù)字控制模塊、傳輸門(mén)模塊和π型網(wǎng)絡(luò)模塊；所述數(shù)字控制模塊的輸入端外接數(shù)字控制信號(hào)；所述傳輸門(mén)模塊的輸入端接射頻信號(hào)，傳輸門(mén)模塊的控制端接數(shù)字控制信號(hào)模塊的輸出端，傳輸門(mén)模塊的輸出端接π型網(wǎng)絡(luò)模塊的輸入端，所述π型網(wǎng)絡(luò)模塊的控制端接數(shù)字控制信號(hào)模塊的輸出端，π型網(wǎng)絡(luò)模塊的輸出端輸出最終信號(hào)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種射頻電開(kāi)關(guān)，尤其是涉及一種寬帶射頻開(kāi)關(guān)CMOS電路。
技術(shù)介紹
射頻開(kāi)關(guān)是雷達(dá)、電子對(duì)抗、通信、測(cè)量等領(lǐng)域的重要控制元件。由于GAAS的特點(diǎn)，射頻開(kāi)關(guān)廣泛采用GAAS的工藝制作，其主要優(yōu)點(diǎn)在于自身具有極低的偏置功率耗散并且有較高的開(kāi)關(guān)速度，由于直流端和射頻端之間容易被電阻隔離，無(wú)明顯的DC和RF功率耗散，因此易實(shí)現(xiàn)較寬的頻帶內(nèi)工作。但是由于GAAS工藝與集成電路的標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝不兼容，因此難以被集成到芯片內(nèi)部，且采用不同的工藝制作一個(gè)系統(tǒng)，無(wú)疑增加了系統(tǒng)的成本，阻礙了芯片的高度集成化。利用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝實(shí)現(xiàn)寬帶的射頻開(kāi)關(guān)，對(duì)于降低系統(tǒng)成本，提聞系統(tǒng)的集成度很有幫助。 在標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝中，實(shí)現(xiàn)寬頻帶的射頻開(kāi)關(guān)主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題I) MOS管在高頻時(shí)的寄生電容較大，無(wú)法忽略，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)的插入損耗增加，且大幅降低了開(kāi)關(guān)的隔離度。2)由于MOS管襯底存在寄生的反偏二極管，這限制了射頻信號(hào)的幅度。Feng-Jung Huang, Kenneth ([I]Feng-Jung Huang, Kenneth. A 0. 5- μ m CMOS T/RSwitch for900-MHz Wireless Applications, IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS,2001,36 (3):486 一 492)利用MOS管串聯(lián)導(dǎo)通來(lái)實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)的傳輸，利用MOS管對(duì)低旁路導(dǎo)通來(lái)實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)的隔離衰減，同時(shí)采用了直流偏置和柵極電阻的方式來(lái)避免寄生反偏二極管的導(dǎo)通和射頻信號(hào)的流失。Shih-Fong Chao 等([2] Shih-Fong Chao, Huei Wang, Chia-Yi Su, John G.J. Chern. A 50 to94_GHz CMOS SPDT Switch Using Traveling-Wave Concept, IEEEMICROWAVE AND WIRELESS COMPONENTS LETTERS, 2007,17 (2) :130 — 132)利用了傳輸線匹配的方案來(lái)實(shí)現(xiàn)SPDT射頻開(kāi)關(guān)，其基本原理為開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，傳輸線匹配，插入損耗最低；開(kāi)關(guān)隔離時(shí)，利用MOS管將射頻信號(hào)對(duì)地短路，利用多級(jí)衰減達(dá)到高的隔離度。該文獻(xiàn)中同樣利用了柵極電阻的方式來(lái)降低射頻信號(hào)的流失。Cuong Huynh 等([3]Cuong Huynh, Cam Nguyen. New Ultra-High-Isolation RFSwitch Architecture and Its Use for a 10-38-GHz 0. 18_m BiCMOS Ultra-WidebandSwitch,IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES,2011,59 (2):345 —353)采用MOS管和電感組成前級(jí)SPST開(kāi)關(guān)確保了開(kāi)關(guān)的隔離度，利用后級(jí)Balun的方式將通過(guò)SPST開(kāi)關(guān)的信號(hào)耦合到輸出端，進(jìn)一步增大隔離度以及降低導(dǎo)通時(shí)的插入損耗。該文獻(xiàn)中也利用了柵極電阻的方式來(lái)減少射頻信號(hào)的損耗。但是文獻(xiàn)[I]中提及的CMOS開(kāi)關(guān)電路由于只采用了單管旁路隔離，導(dǎo)致高頻時(shí)開(kāi)關(guān)的隔離衰減下降；文獻(xiàn)[2]中提及的電路，由于采用多級(jí)衰減的方法，可以保證開(kāi)關(guān)的隔離度，但多級(jí)的MOS管引入了較大的寄生參數(shù)，高頻時(shí)插入損耗會(huì)有所增加，而且其采用了傳輸線的方案，這可能會(huì)在集成時(shí)使得不同傳輸線產(chǎn)生互感影響，面積無(wú)法做的很小；文獻(xiàn)[3]中采用BiCMOS工藝，雖然性能有所提升，但大量引用了電感器件，同樣無(wú)法將面積做小，集成度不高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供能夠有效地降低開(kāi)關(guān)插入損耗，同時(shí)當(dāng)開(kāi)關(guān)隔離時(shí)，π型濾波器電路變?yōu)樽杩棺儞Q電路，可工作在DCT43GHZ的頻段內(nèi)，可集成到片上系統(tǒng)Soc或?qū)Ｓ眉呻娐稟SCI等，用于對(duì)射頻信號(hào)的傳輸及隔離操作的一種寬帶射頻開(kāi)關(guān)CMOS電路。本專利技術(shù)利用π型濾波器的設(shè)計(jì)方案，采用分級(jí)處理的方法。本專利技術(shù)設(shè)有數(shù)字控制模塊、傳輸門(mén)模塊和π型網(wǎng)絡(luò)模塊；所述數(shù)字控制模塊的輸入端外接數(shù)字控制信號(hào)；所述傳輸門(mén)模塊的輸入端接射頻信號(hào)，傳輸門(mén)模塊的控制端接數(shù)字控制信號(hào)模塊的輸出端，傳輸門(mén)模塊的輸出端接η型網(wǎng)絡(luò)模塊的輸入端，所述η型網(wǎng)絡(luò)模塊的控制端接數(shù)字控制信號(hào)模塊的輸出端，η型網(wǎng)絡(luò)模 塊的輸出端輸出最終信號(hào)。所述數(shù)字控制模塊可設(shè)有施密特觸發(fā)器和反相器，采用正反饋的形式產(chǎn)生遲滯效應(yīng)，施密特觸發(fā)器的輸入端外接數(shù)字控制信號(hào)輸出端，施密特觸發(fā)器的輸出端接反相器輸入端，反相器的正反相信號(hào)輸出端分別接傳輸門(mén)模塊的控制端和η型網(wǎng)絡(luò)模塊的控制端。所述傳輸門(mén)的PMOS管和NMOS管均采用深N阱技術(shù)，襯底通過(guò)大電阻后接電源或地。所述π型網(wǎng)絡(luò)模塊可由3個(gè)旁路MOS管、兩個(gè)電感以及隔離電阻組成，其中兩個(gè)電感感抗值相等，左右兩個(gè)旁路MOS管大小相同且小于中間的旁路MOS管，電阻阻值較大用以隔離射頻信號(hào)。所述數(shù)字控制模塊用于對(duì)輸入的控制信號(hào)進(jìn)行處理，利用寬帶施密特觸發(fā)器來(lái)保證控制信號(hào)的可靠性，同時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的電平控制開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通或隔離。所述傳輸門(mén)模塊主要用于隔離低頻信號(hào)和傳輸信號(hào)，由于采用了深N阱技術(shù)和襯底懸浮的方案，大大降低了射頻信號(hào)的喪失。所述π型網(wǎng)絡(luò)模塊主要用于進(jìn)一步對(duì)信號(hào)進(jìn)行隔離以及傳輸信號(hào)。在開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，η型網(wǎng)絡(luò)充當(dāng)η型低通濾波器，用以傳輸D(T43GHz的信號(hào)；當(dāng)開(kāi)關(guān)隔離時(shí)，π型網(wǎng)絡(luò)充當(dāng)阻抗變換網(wǎng)絡(luò)，此時(shí)射頻信號(hào)由MOS管旁路到GND，同時(shí)由于阻抗并不匹配，因此進(jìn)一步衰減了信號(hào)。附圖說(shuō)明圖I為本專利技術(shù)實(shí)施例的總體電路原理圖。圖2為本專利技術(shù)實(shí)施例的數(shù)字控制模塊電路原理圖。圖3為本專利技術(shù)實(shí)施例的傳輸門(mén)模塊電路原理圖。圖4為本專利技術(shù)實(shí)施例的型網(wǎng)絡(luò)模塊電路原理圖。具體實(shí)施例方式參見(jiàn)圖1，本專利技術(shù)實(shí)施例設(shè)有數(shù)字控制模塊I、傳輸門(mén)模塊2和π型網(wǎng)絡(luò)模塊3。所述數(shù)字控制模塊I的輸入端外接數(shù)字控制信號(hào)E ;所述傳輸門(mén)模塊2的輸入端IN接射頻信號(hào)，傳輸門(mén)模塊2的控制端CtrlP和CtrlN接數(shù)字控制信號(hào)模塊I的輸出端，傳輸門(mén)模塊2的輸出端temp接π型網(wǎng)絡(luò)模塊3的輸入端，所述π型網(wǎng)絡(luò)模塊3的控制端CtrlP’接數(shù)字控制信號(hào)模塊I的輸出端，π型網(wǎng)絡(luò)模塊3的輸出端OUT輸出最終信號(hào)。所述數(shù)字控制模塊可設(shè)有施密特觸發(fā)器和反相器，采用正反饋的形式產(chǎn)生遲滯效應(yīng)，施密特觸發(fā)器的輸入端外接數(shù)字控制信號(hào)輸出端，施密特觸發(fā)器的輸出端接反相器輸入端，反相器的正反相信號(hào)輸出端分別接傳輸門(mén)模塊的控制端和η型網(wǎng)絡(luò)模塊的控制端。所述傳輸門(mén)的PMOS管和NMOS管均采用深N阱技術(shù)，襯底通過(guò)大電阻后接電源或地。所述π型網(wǎng)絡(luò)模塊可由3個(gè)旁路MOS管、兩個(gè)電感以及隔離電阻組成，其中兩個(gè)電感感抗值相等，左右兩個(gè)旁路MOS管大小相同且小于中間的旁路MOS管，電阻阻值較大用以隔離射頻信號(hào)。 所述數(shù)字控制模塊用于對(duì)輸入的控制信號(hào)進(jìn)行處理，利用寬帶施密特觸發(fā)器來(lái)保證控制信號(hào)的可靠性，同時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的電平控制開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通或隔離。所述傳輸門(mén)模塊主要用于隔離低頻信號(hào)和傳輸信號(hào)，由于采用了深N阱技術(shù)和襯底懸浮的方案，大大降低了射頻信號(hào)的喪失。所述π型網(wǎng)絡(luò)模塊主要用于進(jìn)一步對(duì)信號(hào)進(jìn)行隔離以及傳輸本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種寬帶射頻開(kāi)關(guān)CMOS電路，其特征在于設(shè)有數(shù)字控制模塊、傳輸門(mén)模塊和π型網(wǎng)絡(luò)模塊；所述數(shù)字控制模塊的輸入端外接數(shù)字控制信號(hào)；所述傳輸門(mén)模塊的輸入端接射頻信號(hào)，傳輸門(mén)模塊的控制端接數(shù)字控制信號(hào)模塊的輸出端，傳輸門(mén)模塊的輸出端接π型網(wǎng)絡(luò)模塊的輸入端，所述π型網(wǎng)絡(luò)模塊的控制端接數(shù)字控制信號(hào)模塊的輸出端，π型網(wǎng)絡(luò)模塊的輸出端輸出最終信號(hào)。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種寬帶射頻開(kāi)關(guān)CMOS電路，其特征在于設(shè)有數(shù)字控制模塊、傳輸門(mén)模塊和JI型網(wǎng)絡(luò)模塊； 所述數(shù)字控制模塊的輸入端外接數(shù)字控制信號(hào)；所述傳輸門(mén)模塊的輸入端接射頻信號(hào)，傳輸門(mén)模塊的控制端接數(shù)字控制信號(hào)模塊的輸出端，傳輸門(mén)模塊的輸出端接η型網(wǎng)絡(luò)模塊的輸入端，所述η型網(wǎng)絡(luò)模塊的控制端接數(shù)字控制信號(hào)模塊的輸出端，η型網(wǎng)絡(luò)模塊的輸出端輸出最終信號(hào)。2.如權(quán)利要求I所述的一種寬帶射頻開(kāi)關(guān)CMOS電路，其特征在于所述數(shù)字控制模塊設(shè)有施密特觸發(fā)器和反相器，施密特觸發(fā)器的輸入端外接數(shù)字控制信號(hào)輸出...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：郭東輝，林昱，李曉潮，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：廈門(mén)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：