本發(fā)明涉及射頻電路領(lǐng)域，特別涉及具有改進(jìn)偏置電路的射頻開(kāi)關(guān)電路。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的絕緣體上硅工藝(SOI CMOS)的射頻開(kāi)關(guān)的偏置電路的典型設(shè)計(jì)如下：在所述射頻開(kāi)關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，所述射頻開(kāi)關(guān)的柵極(Gate)電位偏置在2.5V，源極(Source)和漏極(Drain)電位偏置在0V，導(dǎo)通溝道下方的體端(Body)電位偏置在0V；在所述射頻開(kāi)關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，所述射頻開(kāi)關(guān)的柵極(Gate)電位偏置在-2.5V，源極(Source)和漏極(Drain)電位偏置在0V，關(guān)閉溝道下方的體端(Body)電位偏置在-2.5V。

上述典型設(shè)計(jì)中需要用到負(fù)壓電荷泵(Charge Pump，簡(jiǎn)稱CP)以產(chǎn)生負(fù)壓。所述負(fù)壓電荷泵的作用是讓需要關(guān)閉的射頻開(kāi)關(guān)進(jìn)入深度關(guān)閉狀態(tài)，使射頻開(kāi)關(guān)在大功率射頻信號(hào)輸入時(shí)得到很好的耐壓和線性度。但電荷泵電路內(nèi)包含振蕩器電路，需在設(shè)計(jì)中規(guī)避相位噪聲進(jìn)入射頻通道的風(fēng)險(xiǎn)，而且電荷泵電路占用的面積在整體版圖比例中較大，會(huì)使芯片成本增加。

因此有必要提供一種新的解決方案來(lái)解決上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種具有改進(jìn)偏置電路的射頻開(kāi)關(guān)電路，在偏置電路中不需要設(shè)置負(fù)壓電荷泵，就可以實(shí)現(xiàn)射頻開(kāi)關(guān)的偏置，從而可以節(jié)省芯片面積，降低成本。

根據(jù)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供一種射頻開(kāi)關(guān)電路，其包括：第一射頻端、第二射頻端、第一電容、第二電容；射頻開(kāi)關(guān)，其包括源極、漏極、柵極以及體端，其中所述源極經(jīng)過(guò)第一電容與第一射頻端耦接，所述漏極經(jīng)過(guò)第二電容與第二射頻端耦接；偏置電路，其基于電池電壓提供第一偏置電壓、第二偏置電壓和第三偏置電壓，第一偏置電壓大于第二偏置電壓，第二偏置電壓大于第三偏置電壓，第三偏置電壓大于等于地電平，其中，第二偏置電壓被耦接至所述射頻開(kāi)關(guān)的源極以及漏極，在需要控制所述射頻開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，第一偏置電壓被耦接至所述射頻開(kāi)關(guān)的柵極，第二偏置電壓被耦接至所述射頻開(kāi)關(guān)的體端，在需要控制所述射頻開(kāi)關(guān)截止時(shí)，第三偏置電壓被耦接至所述射頻開(kāi)關(guān)的柵極和體端。

進(jìn)一步的，在所述射頻開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，射頻信號(hào)能夠在第一射頻端和第二射頻端之間傳輸，在所述射頻開(kāi)關(guān)截止時(shí)，射頻信號(hào)不能夠在第一射頻端和第二射頻端之間傳輸。

進(jìn)一步的，第一射頻端為天線端。

進(jìn)一步的，射頻開(kāi)關(guān)電路位于一個(gè)芯片內(nèi)，所述電池電壓由外部輸入至所述芯片內(nèi)。

進(jìn)一步的，第三偏置電壓為地電平，第二偏置電壓為第一偏置電壓的一半，第一偏置電壓為電池電壓。

進(jìn)一步的，所述偏置電路包括：第一濾波電路，其對(duì)所述電池電壓進(jìn)行濾波后得到第一偏置電壓，電壓轉(zhuǎn)換電路，其基于第一偏置電壓得到第二偏置電壓，其中第二偏置電壓為第一偏置電壓的一半，其中，所述偏置電路提供的第三偏置電壓為地電平。

進(jìn)一步的，所述第一濾波電路為連接于電池電壓和接地端之間的第一濾波電容，所述第一濾波電容的與電池電壓相連的一端提供第一偏置電壓，所述電壓轉(zhuǎn)換電路包括：連接于第一偏置電壓和接地端之間的第一電阻和第二電阻；連接于第一電阻和第二電阻的連接節(jié)點(diǎn)和接地端之間的第二濾波電容；緩沖放大器電路，其包括第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其第一輸入端與第一電阻和第二電阻的連接節(jié)點(diǎn)相連，其第二輸入端與其輸出端相連，其輸出端提供在需要控制所述射頻開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)被耦接至所述射頻開(kāi)關(guān)的體端的第二偏置電壓；射頻隔離電路，其包括串聯(lián)的第三電阻和第四電阻、連接于第三電阻和第四電阻之間的第三濾波電容，第三電阻的另一端與所述緩沖放大器電路的輸出端相連，第四電阻的另一端提供耦接至所述射頻開(kāi)關(guān)的漏極以及源極的第二偏置電壓。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明中的偏置電路不設(shè)置負(fù)壓電荷泵，利用大于地電平的第二偏置電壓對(duì)所述射頻開(kāi)關(guān)的源極和漏極進(jìn)行電壓偏置，而在所述射頻開(kāi)關(guān)截止時(shí)，利用大于等于地電平的第三偏置電壓對(duì)所述射頻開(kāi)關(guān)的柵極進(jìn)行電壓偏置，從而可以節(jié)省芯片面積，降低成本。

【附圖說(shuō)明】

結(jié)合參考附圖及接下來(lái)的詳細(xì)描述，本發(fā)明將更容易理解，其中同樣的附圖標(biāo)記對(duì)應(yīng)同樣的結(jié)構(gòu)部件，其中：

圖1為本發(fā)明中的射頻開(kāi)關(guān)電路在一個(gè)實(shí)施例中的電路圖；

圖2為本發(fā)明中的偏置電路的第一實(shí)施例的電路圖；

圖3為本發(fā)明中的射頻開(kāi)關(guān)電路在一個(gè)實(shí)施例中的電路圖，其中示意出了偏置電路的第二實(shí)施例；

圖4示出了圖3中的整流電路的電路示例；

圖5示出了圖3中的低通濾波電路的電路示例；

圖6示出了圖3中的相加電路的電路示例。

【具體實(shí)施方式】

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

本發(fā)明提供一種具有改進(jìn)偏置電路的射頻開(kāi)關(guān)電路，在偏置電路中不需要設(shè)置負(fù)壓電荷泵，就可以實(shí)現(xiàn)射頻開(kāi)關(guān)的偏置，從而可以節(jié)省芯片面積，降低成本。

圖1示意出了本發(fā)明中的射頻開(kāi)關(guān)電路100在一個(gè)實(shí)施例中的電路圖。如圖1所示的，所述射頻開(kāi)關(guān)電路110包括第一射頻端RF1、第二射頻端RF2、第一電容C1、第二電容C2、射頻開(kāi)關(guān)M1和偏置電路110。在所述射頻開(kāi)關(guān)M1導(dǎo)通時(shí)，射頻信號(hào)能夠在第一射頻端RF1和第二射頻端RF2之間傳輸，比如從第一射頻端傳送至第二射頻端，或者從第二射頻端傳送至第一射頻端，在所述射頻開(kāi)關(guān)M1截止時(shí)，射頻信號(hào)不能夠在第一射頻端RF1和第二射頻端RF2之間傳輸。在一個(gè)實(shí)施例中，第一射頻端為天線端ANT。

所述射頻開(kāi)關(guān)M1包括源極S、漏極D、柵極G和體端(Body)B，其中所述源極S經(jīng)過(guò)第一電容C1與第一射頻端RF1耦接，所述漏極D經(jīng)過(guò)第二電容C2與第二射頻端RF2耦接。通過(guò)控制柵極G和體端B的偏置電壓可以控制所述射頻開(kāi)關(guān)M1的導(dǎo)通和截止。

所述偏置電路110基于電池電壓VBAT提供第一偏置電壓VB1、第二偏置電壓VB2和第三偏置電壓VB3。第一偏置電壓VB1大于第二偏置電壓VB2，第二偏置電壓VB2大于第三偏置電壓VB3，第三偏置電壓VB3大于等于地電平。第二偏置電壓VB2被耦接至所述射頻開(kāi)關(guān)M1的源極以及漏極。在需要控制所述射頻開(kāi)關(guān)M1導(dǎo)通時(shí)，第一偏置電壓VB1被耦接至所述射頻開(kāi)關(guān)M1的柵極G，第二偏置電壓VB2被耦接至所述射頻開(kāi)關(guān)M1的體端B，在需要控制所述射頻開(kāi)關(guān)M1截止時(shí)，第三偏置電壓VB3被耦接至所述射頻開(kāi)關(guān)M1的柵極G，第三偏置電壓VB3被耦接至所述射頻開(kāi)關(guān)M1的體端。在一個(gè)實(shí)施例中，所述射頻開(kāi)關(guān)電路100位于一個(gè)芯片內(nèi)，所述電池電壓VBAT是由外部輸入至所述芯片內(nèi)的，所述電池電壓比如可以是3.8V。

由于最小的第三偏置電壓VB3也是大于等于地電平的，并且給所述射頻開(kāi)關(guān)M1的源極和漏極提供的第二偏置電壓VB2也大于第三偏置電壓，因此在所述偏置電路110中不需要設(shè)置負(fù)壓電荷泵，就可以實(shí)現(xiàn)射頻開(kāi)關(guān)的偏置，從而可以節(jié)省芯片面積，降低成本。優(yōu)選的，第三偏置電壓為地電平，第二偏置電壓為第一偏置電壓的一半。

現(xiàn)代手機(jī)有大量應(yīng)用在信號(hào)接收端的小功率射頻開(kāi)關(guān)的市場(chǎng)需求。此類產(chǎn)品客觀需要針對(duì)降噪降本有技術(shù)上的突破。如此，典型小功率射頻開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)中所含電荷泵電路的潛在噪聲風(fēng)險(xiǎn)和高成本的缺陷顯得更加突出。值得注意到是，接收端小功率射頻開(kāi)關(guān)主要考慮插入損耗和隔離度等小信號(hào)射頻指標(biāo)，而對(duì)于耐壓和線形度要求很低。大功率射頻開(kāi)關(guān)為滿足耐壓和線形度要求，其典型設(shè)計(jì)中正負(fù)2.5V偏置電壓的壓差高達(dá)5V。小功率射頻開(kāi)關(guān)偏置壓差實(shí)際不需要5V，以至于設(shè)計(jì)中可以去掉電荷泵電路?？稍陔娫措妷篤BAT到GND的3.8V壓差范圍內(nèi)設(shè)計(jì)射頻開(kāi)關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)管的柵源漏體各極的偏置電壓，并達(dá)到開(kāi)關(guān)的射頻指標(biāo)要求。

圖2為本發(fā)明中的偏置電路110的第一個(gè)實(shí)施例的電路圖。如圖2所示的，所述偏置電路110包括第一濾波電路111和電壓轉(zhuǎn)換電路112。

第一濾波電路111對(duì)所述電池電壓VBAT進(jìn)行濾波后得到第一偏置電壓VB1。優(yōu)選的，所述第一濾波電路111為連接于電池電壓VABT和接地端之間的第一濾波電容C21。所述電壓轉(zhuǎn)換電路基于第一偏置電壓VB1得到第二偏置電壓VB2，其中第二偏置電壓VB2為第一偏置電壓VB1的一半。所述偏置電路直接將地電平作為第三偏置電壓VB3。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述電壓轉(zhuǎn)換電路112包括：連接于第一偏置電壓VB1和接地端之間的第一電阻R21和第二電阻R22；連接于第一電阻R21和第二電阻R22的連接節(jié)點(diǎn)和接地端之間的第二濾波電容C22；緩沖放大器電路A1和射頻隔離電路113。

所述緩沖放大器電路A1包括第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其第一輸入端與第一電阻R21和第二電阻R22的連接節(jié)點(diǎn)相連，其第二輸入端與其輸出端相連，其輸出端提供在需要控制所述射頻開(kāi)關(guān)M1導(dǎo)通時(shí)被耦接至所述射頻開(kāi)關(guān)M1的體端的第二偏置電壓VB21。所述射頻隔離電路包括串聯(lián)的第三電阻R23和第四電阻R24、連接于第三電阻R23和第四電阻R24之間的第三濾波電容C23，第三電阻R23的另一端與所述緩沖放大器電路A1的輸出端相連，第四電阻R24的另一端提供耦接至所述射頻開(kāi)關(guān)M1的漏極以及源極的第二偏置電壓VB22。

第一電阻R21和第二電阻R22的電阻相等，這樣第一電阻R21和第二電阻R22的連接節(jié)點(diǎn)提供的電壓VE就等于第一偏置電壓VB1的一半。所述緩沖放大器電路A1對(duì)電壓VE進(jìn)行穩(wěn)壓和放大電流驅(qū)動(dòng)能力后輸出第二偏置電壓VB21。所述射頻隔離電路得到第二偏置電壓VB22，其會(huì)被提供給所述射頻開(kāi)關(guān)的源極和漏極，所述射頻隔離電路113使第二偏置電壓VB21不受到第二偏置電壓VB22的場(chǎng)效應(yīng)管的源極和漏極的射頻信號(hào)的影響。大家都了解的是，耦接至所述射頻開(kāi)關(guān)M1的漏極以及源極的第二偏置電壓VB22、耦接至所述射頻開(kāi)關(guān)M1的體端的第二偏置電壓VB21都可以被稱為第二偏置電壓VB2。

針對(duì)圖2所示的電路分析如下：

VE＝(R22/(R21+R22))*VB1，

電壓VE可以根據(jù)R21和R22的比例調(diào)節(jié)，同時(shí)R21和R22必須采用兆歐級(jí)以上的電阻，保證VBAT的直流漏電在2uA以下。

VB21＝VE，

電壓VE的電流驅(qū)動(dòng)能力很弱，VE經(jīng)過(guò)緩沖放大器電路A1輸出VB21，使VB21擁有較強(qiáng)的直流電流驅(qū)動(dòng)能力，可以為射頻開(kāi)關(guān)中處于導(dǎo)通狀態(tài)的場(chǎng)效應(yīng)管的體端(Body)偏置提供穩(wěn)定的電位，

VB22＝VB21，

VB22被耦接至射頻開(kāi)關(guān)的源極(Source)和漏極(Drain)，該位置存在射頻信號(hào)會(huì)影響VB21的穩(wěn)定性，所以在VB21和VB21之間增加射頻隔離電路，主要是利用串聯(lián)第四電阻R24消除射頻電壓，利用并聯(lián)電容C23消除射頻電流，同時(shí)第三電阻R23進(jìn)一步增強(qiáng)隔離性。

現(xiàn)有技術(shù)中為射頻開(kāi)關(guān)M1主要是提供±2.5V的偏置電壓，總共需要5V的壓差，而如果采用上述圖2所示的偏置電壓的實(shí)施例，雖然省面積(少了產(chǎn)生負(fù)壓的電荷泵電路的面積)，但壓差只能到電池電壓VBAT(一般VBAT是3.8V左右)，在有些應(yīng)用的情況下，可能導(dǎo)致所述射頻開(kāi)關(guān)的插損、諧波、隔離度等參數(shù)不是很理想。下面示意出了一種進(jìn)一步改進(jìn)的偏置電路，其可以解決偏置電壓的壓差較低的問(wèn)題。

圖3為本發(fā)明中的射頻開(kāi)關(guān)電路在一個(gè)實(shí)施例中的電路圖，其中示意出了偏置電路的第二個(gè)實(shí)施例210。如圖3所示的，所述偏置電路210包括整流電路211、低通濾波電路212、相加電路213和電壓轉(zhuǎn)換電路214。此時(shí)，優(yōu)選的，第一射頻端RF1為天線端ANT。

所述整流電路211將第一射頻端RF1的射頻信號(hào)進(jìn)行整流產(chǎn)生一個(gè)直流電壓。低通濾波電路212將整流出的直流電壓進(jìn)行低通濾波產(chǎn)生一個(gè)濾波后的射頻直流電壓V1。相加電路213將濾波后的射頻直流電壓V1與電池電壓VBAT以預(yù)定比例系數(shù)相加得到第一偏置電壓VB1。電壓轉(zhuǎn)換電路214基于第一偏置電壓VB1得到第二偏置電壓VB2，其中第二偏置電壓VB2為第一偏置電壓VB1的一半。所述偏置電路直接將地電平作為第三偏置電壓VB3。所述電壓轉(zhuǎn)換電路214可以與圖2中的電壓轉(zhuǎn)換電路112采用同樣的電路結(jié)構(gòu)，也可以采用不同的電路結(jié)構(gòu)，比如直接用兩個(gè)串聯(lián)的電阻來(lái)分壓所述第一偏置電壓VB1得到第二偏置電壓VB2，或者其他電路結(jié)構(gòu)。

在圖3所示的偏置電路210中，對(duì)天線端的射頻信號(hào)進(jìn)行整流、濾波產(chǎn)生一個(gè)射頻直流電壓，將其與電池電壓VBAT以預(yù)定比例相加，可以產(chǎn)生一個(gè)高于電池電壓VBAT的自適應(yīng)直流電壓，作為電壓偏置提供給所述射頻開(kāi)關(guān)M1，使電壓偏置的壓差達(dá)到5V，達(dá)到和有負(fù)壓電荷泵(chargepump)的射頻開(kāi)關(guān)同樣的性能。

當(dāng)射頻信號(hào)的功率較小的時(shí)候，射頻直流電壓V1較小，在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)提供給射頻開(kāi)關(guān)M1的柵極G的偏置電壓就是電池電壓VBAT；比如，電池電壓VBAT的電壓為3.8V，那么所述偏置電路相當(dāng)于提供了±1.9V的電壓偏置，這個(gè)值比現(xiàn)有技術(shù)中有電荷泵電路的版本的±2.5V的電壓偏置低，但考慮到是功率較小，偏低的偏置電壓對(duì)射頻性能的影響不是很大。

當(dāng)所述射頻信號(hào)的功率較大的時(shí)候，比如當(dāng)功率升高到35dBm時(shí)，AC峰值17.7V，整流濾波出來(lái)的射頻直流電壓V1大約是7V，射頻直流電壓V1較大，與電池電壓按比例相加后，可以使得第一偏置電壓達(dá)到5V，在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)提供給所述射頻開(kāi)關(guān)M1的柵極的偏置電壓就能大于等于電池電壓VBAT，達(dá)到5V或更高，達(dá)到±2.5V的電壓偏置，與有電荷泵的射頻開(kāi)關(guān)電路的偏置電壓完全一致，不影響大功率下的射頻性能。

這就是自適應(yīng)偏置的原理：當(dāng)功率小的時(shí)候，單電源偏置在3.8V(±1.9V)，這個(gè)時(shí)候偏置電壓較低，但對(duì)小功率的射頻性能影響不大；隨著功率的慢慢上升，VB1的電壓值也慢慢上升，對(duì)應(yīng)著偏置電壓也慢慢上升，改善射頻性能；當(dāng)射頻功率達(dá)到35dBm時(shí)，VB1電壓達(dá)到5V，電壓偏置與有電荷泵的射頻開(kāi)關(guān)電路的完全一致，不影響大功率下的射頻性能。

其中，整流電路以及相加電路的比例系數(shù)還可以靈活的調(diào)整，在需要的功率下得到需要的單電源偏置電壓值。

圖4示出了圖3中的整流電路的電路示例；圖5示出了圖3中的低通濾波電路的電路示例；圖6示出了圖3中的相加電路的電路示例。

如圖4所示的，所述整流電路211包括二極管D31、電阻R31和電容C31，其中二極管31的陽(yáng)極作為所述整流電路211的輸入端，其與所述天線端相連，二極管31的陰極與所述電阻R31的一端相連，所述電阻R31的另一端作為整流電路211的輸出端，電容C31連接于所述電阻R31的另一端和接地端之間。

如圖5所示的，所述低通濾波電路包括電阻R32和電容R32，電阻R32和電容R32相互并聯(lián)，它們的一個(gè)連接端接地，另一個(gè)連接端作為所述低通濾波電路的輸入端和輸出端。

如圖6所示的，所述相加電路213包括電阻R33、電阻R34、電阻R35和電容C33。其中電阻R33、電阻R34串聯(lián)于第一輸入端和第二輸入端之間，其中第一輸入端連接電池電壓VBAT，第二輸入端連接低通濾波器的輸出端，接收射頻直流電壓V1，電阻R35和電容C33串聯(lián)于電阻R33和電阻R34的中間節(jié)點(diǎn)與接地端之間，所述電阻R33和電阻R34的中間節(jié)點(diǎn)作為輸出端VOUT輸出第一偏置電壓VB1。通過(guò)調(diào)整電阻R33、電阻R34的阻值可以設(shè)置所述電池電壓VBAT和所述射頻直流電壓V1之間的相加的預(yù)定比例值，這個(gè)可以根據(jù)具體情況來(lái)設(shè)定。

另外，整流電路、低通濾波電路、相加電路還可以采用其他有相應(yīng)的功能的電路，并不局限于上述示例，由于整流電路、低通濾波電路、相加電路的具體電路并不是本發(fā)明的重點(diǎn)，因此這里就不再一一列舉了。

本發(fā)明中的“耦接”、“相連”、“相接”、“連接”、“接地”等表示電性連接的詞，除了特別說(shuō)明的外，都表示直接或間接的電性相連，間接的電性相連意味著中間可以串聯(lián)一些器件，比如電阻或電感等。

上述說(shuō)明已經(jīng)充分揭露了本發(fā)明的具體實(shí)施方式。需要指出的是，熟悉該領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式所做的任何改動(dòng)均不脫離本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)的范圍。相應(yīng)地，本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍也并不僅僅局限于所述具體實(shí)施方式。