專利名稱：一種射頻接收和發(fā)射的轉(zhuǎn)換開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及CMOS超大規(guī)模集成電路(ULSI)，具體是一射頻接收和發(fā)射(T/R)轉(zhuǎn)換 開關(guān)。
背景技術(shù)：
近年來，隨著無線通訊設(shè)備的市場(chǎng)的迅速發(fā)展，作為無線通訊系統(tǒng)的重要部件射 頻接收和發(fā)射(T/R)轉(zhuǎn)換開關(guān)受到了很高的關(guān)注。(T/R)開關(guān)作為接收端和發(fā)射端的開關(guān) 得到了廣泛的應(yīng)用。目前(T/R)開關(guān)主要有三種類型PIN二極管開關(guān)，MOSFET開關(guān)和MEMS 開關(guān)。PIN 二極管開關(guān)由于功率損耗大不適于低功耗集成電路的應(yīng)用，很難用于便攜可移動(dòng) 通信設(shè)備中；MEMS作為開關(guān)由于其較好的隔離特性受到了廣泛的關(guān)注，但是其操作電壓較 大，開關(guān)速度慢，可靠性比較差，而且兼容性也很差，很難和現(xiàn)有的CMOS工藝兼容，只能作 為獨(dú)立的模塊應(yīng)用于射頻的發(fā)射和接收端，這就限制了通訊電路的集成度，難于應(yīng)用于便 攜式無線通信設(shè)備中?；诂F(xiàn)有CMOS工藝的MOSFET開關(guān)雖然可以提高集成度，但是作為 開關(guān)的電路比較復(fù)雜，而且由于用于開關(guān)電路的MOSFET和用于其他信號(hào)處理的MOSFET制 備在同一個(gè)襯底上，器件之間的相互干擾比較厲害，寄生比較大。 因此，能夠設(shè)計(jì)一種寄生小、兼容性好、可靠性高、低電壓、低功耗的RF開關(guān)對(duì)于 便攜式無線移動(dòng)通信設(shè)備的開發(fā)和研究意義重大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種可以實(shí)現(xiàn)三維集成，抗干擾性好的射頻接收和發(fā)射 (T/R)轉(zhuǎn)換開關(guān)。 本發(fā)明的上述目的是通過如下的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的 —種射頻接收和發(fā)射(T/R)轉(zhuǎn)換開關(guān)，其特征在于，包括兩個(gè)相互連接的阻變器 件Rl和阻變器件R2，上述阻變器件Rl和阻變器件R2在一控制電壓的作用下電阻特性相 反，即阻變器件Rl和阻變器件R2連接同一控制電壓端，阻變器件Rl的電阻處于高阻態(tài)時(shí)， 阻變器件R2的電阻處于低阻態(tài)，或阻變器件R1的電阻處于低阻態(tài)時(shí)，阻變器件R2的電阻 處于高阻態(tài)。 進(jìn)一步，阻變器件Rl和阻變器件R2的連接端通過隔離電感Ll與控制電壓端連 接，以及通過交流信號(hào)耦合電容Cl連接天線，阻變器件Rl的另一端連接一隔離電感L2，以 及通過交流信號(hào)耦合電容C2與發(fā)射機(jī)端連接，隔離電感L2的另一端接地，阻變器件R2的 另一端連接一隔離電感L3，以及通過交流信號(hào)耦合電容C3與接收機(jī)端連接，隔離電感L3的 另一端接地。 進(jìn)一步，阻變器件Rl和阻變器件R2的連接端通過隔離電感Ll與控制電壓端口連 接，以及通過交流信號(hào)耦合電容Cl連接天線，阻變器件Rl的另一端連接一 M0S開關(guān)，以及 通過交流信號(hào)耦合電容C2與發(fā)射機(jī)端連接，阻變器件R2的另一端連接一 M0S開關(guān)，以及通 過交流信號(hào)耦合電容C3與接收機(jī)端連接。
阻變器件Rl和阻變器件R2分別為金屬氧化物阻變器件，ZrOx、 HfOx、 TaOx等或者 鈣鈦類礦類阻變器件如PCMO等以及相變阻變器件如PRAM等。 交流信號(hào)耦合電容Cl、交流信號(hào)耦合電容C2或交流信號(hào)耦合電容C3分別為MIM 電容。 隔離電感LI、隔離電感L2或隔離電感L3分別采用平面螺旋電感。
本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)和效果 本發(fā)明利用了阻變存儲(chǔ)器的雙極特性，通過電壓控制端電壓的極性改變可以改變 電路中兩個(gè)阻變?cè)碾娮锠顟B(tài)，從而實(shí)現(xiàn)了射頻接收和發(fā)射(T/R)轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明射頻接收和發(fā)射(T/R)轉(zhuǎn)換開關(guān)的工作原理 當(dāng)阻變器件R1的電阻處于高阻態(tài)時(shí)，其電阻值大小達(dá)到兆歐姆(MQ)以上，同時(shí) 阻變器件R2的電阻處于低阻態(tài)時(shí)，其電阻值大小約為幾個(gè)歐姆或幾十個(gè)歐姆，此時(shí)天線和 接收端口之間的阻抗很小，從天線端接收過來的信號(hào)可以傳遞到接收機(jī)端口 ，通過控制阻 變器件R2的電阻，可以做到傳輸損耗很小。而天線和發(fā)射機(jī)端口由于存在較大的阻抗，可 以認(rèn)為天線和發(fā)射機(jī)端口被R1隔離，此過程天線完成了接收功能。 當(dāng)阻變器件R1的電阻處于低阻態(tài)時(shí)，其電阻值大小約為幾個(gè)歐姆或幾十個(gè)歐姆， 同時(shí)阻變器件R2的電阻處于高阻態(tài)時(shí)，其電阻值大小達(dá)到兆歐姆(MQ)以上，此時(shí)天線和 發(fā)射端口之間的阻抗很小，發(fā)射機(jī)端口的信號(hào)可以傳遞到天線端，通過控制阻變器件Rl的 電阻，可以做到傳輸損耗很小。而天線和接收機(jī)端口由于存在較大的阻抗，可以認(rèn)為天線和 接收端被R2隔離，此過程天線完成了發(fā)射功能。 本發(fā)明射頻接收和發(fā)射(T/R)轉(zhuǎn)換開關(guān)電路可以完全做在信號(hào)處理元器件的上 方，電路涉及到的電容、電感以及阻變器件完全可以利用CMOS后端工藝的改進(jìn)來實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明所涉及的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及所用的電路元件具有可擴(kuò)展性，即作為開關(guān)組 成部分阻變器件并不僅限一種。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)地說明 圖1為本發(fā)明射頻接收和發(fā)射(T/R)轉(zhuǎn)換開關(guān)示意圖； 圖2為本發(fā)明阻變器件結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明射頻接收和發(fā)射(T/R)轉(zhuǎn)換開關(guān)所用到的阻變器件的阻變轉(zhuǎn)化過程 示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照本發(fā)明的附圖，更詳細(xì)的描述出本發(fā)明的最佳實(shí)施例。 本發(fā)明T/R轉(zhuǎn)換開關(guān)包括了兩個(gè)相互連接的阻變器件。阻變器件可采用阻變存儲(chǔ)
器件RRAM(電阻可以在控制電壓的作用下發(fā)生阻值的改變，并且電壓撤去后，阻值可以保
持)，如金屬氧化物阻變器件ZrOx、 HfOx、 TaOx等以及其它阻變存儲(chǔ)器PRAM等。 阻變器件的結(jié)構(gòu)如圖2所示，由上電極、功能層、下電極組成。對(duì)于阻變器件來說，
有以下兩種情況 —種阻變器件是，當(dāng)器件處于高阻態(tài)時(shí)，加正向電壓于上電極在限流的情況下，電阻由高阻態(tài)轉(zhuǎn)換成低阻態(tài)，當(dāng)阻變器件處于低阻態(tài)時(shí)，加負(fù)向電壓于下電極上在不限流的 情況下，電阻會(huì)由低阻態(tài)轉(zhuǎn)變成高阻態(tài)。 另一種阻變器件是，當(dāng)器件處于高阻態(tài)時(shí)，加負(fù)向電壓于上電極在限流的情況下， 電阻由高阻態(tài)轉(zhuǎn)換成低阻態(tài)，當(dāng)阻變器件處于低阻態(tài)時(shí)，加正向電壓于下電極上在不限流 的情況下，電阻會(huì)由低阻態(tài)轉(zhuǎn)變成高阻態(tài)。 為了敘述方便，凡是加正向電壓會(huì)發(fā)生向低阻態(tài)轉(zhuǎn)變的電極統(tǒng)稱為陽極，凡是加
負(fù)向電壓會(huì)發(fā)生向低阻態(tài)轉(zhuǎn)變的電極統(tǒng)稱為陰極。 參考圖l，本發(fā)明T/R轉(zhuǎn)換開關(guān)電路連接方式如下 天線端口 1連接交流信號(hào)耦合電容4(C1)，交流信號(hào)耦合電容4(C1)的另一端連接 阻變器件7(R1)的陰極端，阻變器件7(R1)的陰極端連接阻變器件8(R2)的陽極端，以及隔 離電感9(L1);隔離電感9(L1)的另一端與控制電壓端相連；交流耦合電容5(C2) —端接高 頻信號(hào)發(fā)射端2，交流耦合電容5(C2)另一端和阻變器件7(R1)的陽極連接，以及與隔離電 感10(L2)相連；隔離電感10(L2)的另一端接地；交流耦合電容6(C3) —端接高頻信號(hào)接收 端3，交流耦合電容6(C3)的另一端和阻變器件8(R2)的陰極連接，以及與隔離電感11(L3) 相連；隔離電感11(L3)的另一端接地。圖1中，阻變器件7(R1)和阻變器件8(R2)的"+ " 代表陽極，"-"代表陰極。阻變器件R1和阻變器件R2的陰極、陽極可以互換，但要保證一 個(gè)阻變器件的陽極和另一個(gè)阻變器件的陰極相連。 高頻交流隔離電感10(L2)和高頻交流隔離電感11(L3)的作用是，為阻變器件阻 態(tài)改變提供控制電壓通路，可以用MOS開關(guān)代替。 交流信號(hào)耦合電容采用了 MIM電容，隔離電感采用平面螺旋電感。
參考圖3， T/R轉(zhuǎn)換開關(guān)具體工作過程 當(dāng)阻變器件控制電壓端12加正向直流電壓時(shí)，阻變器件7(Rl)變成了高阻，同時(shí) 阻變器件8 (R2)變成了低阻，天線和接收機(jī)端口通路打開，天線與接收機(jī)模塊相連，天線和 發(fā)射機(jī)端口被阻變器件R1隔斷，此時(shí)天線可以接收外部的信號(hào)。 當(dāng)阻變器件控制電壓端12加負(fù)向直流電壓時(shí)，阻變器件7(Rl)變成了低阻，同時(shí) 阻變器件8(R2)變成了高阻，天線和發(fā)射機(jī)端口通路打開，天線與發(fā)射機(jī)模塊相連，天線和 接收機(jī)端口被阻變器件R2隔斷，此時(shí)天線可以進(jìn)行信號(hào)的發(fā)射。 由于阻變器件的電阻的改變只需要電壓的激勵(lì)，其阻態(tài)的保持不需要外加電壓保
持，有利于功耗的降低。所以開關(guān)切換時(shí)只需要加一個(gè)短時(shí)間的電壓即可。 作為開關(guān)的重要組成部分的阻變器件，并不限于一種，任何可以發(fā)生電阻改變的
器件(比如具有阻變特性的RRAM、PRAM等)都可以用于本發(fā)明T/R轉(zhuǎn)換開關(guān)。 雖然本說明書通過具體的實(shí)施例詳細(xì)描述了本發(fā)明的T/R轉(zhuǎn)換開關(guān)電路的拓?fù)?br> 結(jié)構(gòu)以及電路工作的過程，以及阻變存儲(chǔ)器件RRAM，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，本發(fā)
明的實(shí)現(xiàn)方式不限于實(shí)施例的描述范圍，在不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)和精神范圍內(nèi)，可以對(duì)本發(fā)
明進(jìn)行各種修改和替換，例如基于此電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì)。
權(quán)利要求
一種射頻接收和發(fā)射T/R轉(zhuǎn)換開關(guān)，其特征在于，包括兩個(gè)相互連接的阻變器件(R1)和阻變器件(R2)，上述阻變器件(R1)和阻變器件(R2)在一控制電壓的作用下電阻特性相反，即阻變器件(R1)和阻變器件(R2)連接同一控制電壓端，阻變器件(R1)的電阻處于高阻態(tài)，阻變器件(R2)的電阻處于低阻態(tài)，或阻變器件(R1)的電阻處于低阻態(tài)，阻變器件(R2)的電阻處于高阻態(tài)。
2. 如權(quán)利要求1所述的T/R轉(zhuǎn)換開關(guān)，其特征在于，阻變器件(Rl)和阻變器件(R2)的 連接端通過隔離電感(Ll)與控制電壓端連接，以及通過交流信號(hào)耦合電容(Cl)連接天線， 阻變器件(Rl)的另一端連接一隔離電感(L2)，以及通過交流信號(hào)耦合電容(C2)與發(fā)射機(jī) 端連接，隔離電感(L2)的另一端接地，阻變器件(R2)的另一端連接一隔離電感(L3)，以及 通過交流信號(hào)耦合電容(C3)與接收機(jī)端連接，隔離電感(L3)的另一端接地。
3. 如權(quán)利要求1所述的T/R轉(zhuǎn)換開關(guān)，其特征在于，阻變器件(Rl)和阻變器件(R2)的 連接端通過隔離電感(Ll)與控制電壓端連接，以及通過交流信號(hào)耦合電容(Cl)連接天線， 阻變器件(Rl)的另一端連接一MOS開關(guān)，以及通過交流信號(hào)耦合電容(C2)與發(fā)射機(jī)端連 接，阻變器件(R2)的另一端連接一MOS開關(guān)，以及通過交流信號(hào)耦合電容(C3)與接收機(jī)端 連接。
4. 如權(quán)利要求1、2或3所述的T/R轉(zhuǎn)換開關(guān)，其特征在于，所述阻變器件Rl和阻變器 件R2分別為金屬氧化物類阻變器件、鈣鈦礦類阻變器件或相變存儲(chǔ)器。
5. 如權(quán)利要求2或3所述的T/R轉(zhuǎn)換開關(guān)，其特征在于，所述交流信號(hào)耦合電容(Cl)、 交流信號(hào)耦合電容(C2)或交流信號(hào)耦合電容(C3)分別為MIM電容。
6. 如權(quán)利要求2所述的T/R轉(zhuǎn)換開關(guān)，其特征在于，所述隔離電感(Ll)、隔離電感(L2) 或隔離電感(L3)分別采用平面螺旋電感。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種射頻接收和發(fā)射(T/R)轉(zhuǎn)換開關(guān)，屬于CMOS超大規(guī)模集成電路(ULSI)技術(shù)領(lǐng)域。該T/R轉(zhuǎn)換開關(guān)包括兩個(gè)相互連接的阻變器件，這兩個(gè)阻變器件在一控制電壓的作用下電阻特性相反，即阻變器件R1和阻變器件R2連接同一控制電壓端，阻變器件R1的電阻處于高阻態(tài)，阻變器件R2的電阻處于低阻態(tài)，或阻變器件R1的電阻處于低阻態(tài)，阻變器件R2的電阻處于高阻態(tài)。本發(fā)明利用了阻變器件的雙極特性，通過電壓控制端的電壓極性改變，使開關(guān)中兩個(gè)阻變器件的電阻狀態(tài)改變，從而實(shí)現(xiàn)了射頻接收和發(fā)射(T/R)轉(zhuǎn)換。本發(fā)明T/R轉(zhuǎn)換開關(guān)電路可以完全做在信號(hào)處理元器件的上方，實(shí)現(xiàn)了三維集成。
文檔編號(hào)H03K17/78GK101789777SQ20091031261
公開日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月29日
發(fā)明者張麗杰, 王川, 石淙寅, 黃如 申請(qǐng)人:北京大學(xué)