一种射频接收和发射的转换开关 【技术领域】
本发明涉及CMOS超大规模集成电路(ULSI)，具体是一射频接收和发射(T/R)转换开关。
背景技术
近年来，随着无线通讯设备的市场的迅速发展，作为无线通讯系统的重要部件射频接收和发射(T/R)转换开关受到了很高的关注。(T/R)开关作为接收端和发射端的开关得到了广泛的应用。目前(T/R)开关主要有三种类型：PIN二极管开关，MOSFET开关和MEMS开关。PIN二极管开关由于功率损耗大不适于低功耗集成电路的应用，很难用于便携可移动通信设备中；MEMS作为开关由于其较好的隔离特性受到了广泛的关注，但是其操作电压较大，开关速度慢，可靠性比较差，而且兼容性也很差，很难和现有的CMOS工艺兼容，只能作为独立的模块应用于射频的发射和接收端，这就限制了通讯电路的集成度，难于应用于便携式无线通信设备中。基于现有CMOS工艺的MOSFET开关虽然可以提高集成度，但是作为开关的电路比较复杂，而且由于用于开关电路的MOSFET和用于其他信号处理的MOSFET制备在同一个衬底上，器件之间的相互干扰比较厉害，寄生比较大。
因此，能够设计一种寄生小、兼容性好、可靠性高、低电压、低功耗的RF开关对于便携式无线移动通信设备的开发和研究意义重大。
【发明内容】
本发明的目的在于，提供一种可以实现三维集成，抗干扰性好的射频接收和发射(T/R)转换开关。
本发明的上述目的是通过如下的技术方案予以实现的：
一种射频接收和发射(T/R)转换开关，其特征在于，包括两个相互连接的阻变器件R1和阻变器件R2，上述阻变器件R1和阻变器件R2在一控制电压的作用下电阻特性相反，即阻变器件R1和阻变器件R2连接同一控制电压端，阻变器件R1的电阻处于高阻态时，阻变器件R2的电阻处于低阻态，或阻变器件R1的电阻处于低阻态时，阻变器件R2的电阻处于高阻态。
进一步，阻变器件R1和阻变器件R2的连接端通过隔离电感L1与控制电压端连接，以及通过交流信号耦合电容C1连接天线，阻变器件R1的另一端连接一隔离电感L2，以及通过交流信号耦合电容C2与发射机端连接，隔离电感L2的另一端接地，阻变器件R2的另一端连接一隔离电感L3，以及通过交流信号耦合电容C3与接收机端连接，隔离电感L3的另一端接地。
进一步，阻变器件R1和阻变器件R2的连接端通过隔离电感L1与控制电压端口连接，以及通过交流信号耦合电容C1连接天线，阻变器件R1的另一端连接一MOS开关，以及通过交流信号耦合电容C2与发射机端连接，阻变器件R2的另一端连接一MOS开关，以及通过交流信号耦合电容C3与接收机端连接。
阻变器件R1和阻变器件R2分别为金属氧化物阻变器件，ZrOx、HfOx、TaOx等或者钙钛类矿类阻变器件如PCMO等以及相变阻变器件如PRAM等。
交流信号耦合电容C1、交流信号耦合电容C2或交流信号耦合电容C3分别为MIM电容。
隔离电感L1、隔离电感L2或隔离电感L3分别采用平面螺旋电感。
本发明的技术优点和效果：
本发明利用了阻变存储器的双极特性，通过电压控制端电压的极性改变可以改变电路中两个阻变元件的电阻状态，从而实现了射频接收和发射(T/R)转换。
本发明射频接收和发射(T/R)转换开关的工作原理：
当阻变器件R1的电阻处于高阻态时，其电阻值大小达到兆欧姆(MΩ)以上，同时阻变器件R2的电阻处于低阻态时，其电阻值大小约为几个欧姆或几十个欧姆，此时天线和接收端口之间的阻抗很小，从天线端接收过来的信号可以传递到接收机端口，通过控制阻变器件R2的电阻，可以做到传输损耗很小。而天线和发射机端口由于存在较大的阻抗，可以认为天线和发射机端口被R1隔离，此过程天线完成了接收功能。
当阻变器件R1的电阻处于低阻态时，其电阻值大小约为几个欧姆或几十个欧姆，同时阻变器件R2的电阻处于高阻态时，其电阻值大小达到兆欧姆(MΩ)以上，此时天线和发射端口之间的阻抗很小，发射机端口的信号可以传递到天线端，通过控制阻变器件R1的电阻，可以做到传输损耗很小。而天线和接收机端口由于存在较大的阻抗，可以认为天线和接收端被R2隔离，此过程天线完成了发射功能。
本发明射频接收和发射(T/R)转换开关电路可以完全做在信号处理元器件地上方，电路涉及到的电容、电感以及阻变器件完全可以利用CMOS后端工艺的改进来实现。
本发明所涉及的电路拓扑结构以及所用的电路元件具有可扩展性，即作为开关组成部分阻变器件并不仅限一种。
【附图说明】
下面结合附图对本发明进一步详细地说明：
图1为本发明射频接收和发射(T/R)转换开关示意图；
图2为本发明阻变器件结构示意图；
图3为本发明射频接收和发射(T/R)转换开关所用到的阻变器件的阻变转化过程示意图。
【具体实施方式】
下面参照本发明的附图，更详细的描述出本发明的最佳实施例。
本发明T/R转换开关包括了两个相互连接的阻变器件。阻变器件可采用阻变存储器件RRAM(电阻可以在控制电压的作用下发生阻值的改变，并且电压撤去后，阻值可以保持)，如金属氧化物阻变器件ZrOx、HfOx、TaOx等以及其它阻变存储器PRAM等。
阻变器件的结构如图2所示，由上电极、功能层、下电极组成。对于阻变器件来说，有以下两种情况：
一种阻变器件是，当器件处于高阻态时，加正向电压于上电极在限流的情况下，电阻由高阻态转换成低阻态，当阻变器件处于低阻态时，加负向电压于下电极上在不限流的情况下，电阻会由低阻态转变成高阻态。
另一种阻变器件是，当器件处于高阻态时，加负向电压于上电极在限流的情况下，电阻由高阻态转换成低阻态，当阻变器件处于低阻态时，加正向电压于下电极上在不限流的情况下，电阻会由低阻态转变成高阻态。
为了叙述方便，凡是加正向电压会发生向低阻态转变的电极统称为阳极，凡是加负向电压会发生向低阻态转变的电极统称为阴极。
参考图1，本发明T/R转换开关电路连接方式如下：
天线端口1连接交流信号耦合电容4(C1)，交流信号耦合电容4(C1)的另一端连接阻变器件7(R1)的阴极端，阻变器件7(R1)的阴极端连接阻变器件8(R2)的阳极端，以及隔离电感9(L1)；隔离电感9(L1)的另一端与控制电压端相连；交流耦合电容5(C2)一端接高频信号发射端2，交流耦合电容5(C2)另一端和阻变器件7(R1)的阳极连接，以及与隔离电感10(L2)相连；隔离电感10(L2)的另一端接地；交流耦合电容6(C3)一端接高频信号接收端3，交流耦合电容6(C3)的另一端和阻变器件8(R2)的阴极连接，以及与隔离电感11(L3)相连；隔离电感11(L3)的另一端接地。图1中，阻变器件7(R1)和阻变器件8(R2)的“+”代表阳极，“-”代表阴极。阻变器件R1和阻变器件R2的阴极、阳极可以互换，但要保证一个阻变器件的阳极和另一个阻变器件的阴极相连。
高频交流隔离电感10(L2)和高频交流隔离电感11(L3)的作用是，为阻变器件阻态改变提供控制电压通路，可以用MOS开关代替。
交流信号耦合电容采用了MIM电容，隔离电感采用平面螺旋电感。
参考图3，T/R转换开关具体工作过程：
当阻变器件控制电压端12加正向直流电压时，阻变器件7(R1)变成了高阻，同时阻变器件8(R2)变成了低阻，天线和接收机端口通路打开，天线与接收机模块相连，天线和发射机端口被阻变器件R1隔断，此时天线可以接收外部的信号。
当阻变器件控制电压端12加负向直流电压时，阻变器件7(R1)变成了低阻，同时阻变器件8(R2)变成了高阻，天线和发射机端口通路打开，天线与发射机模块相连，天线和接收机端口被阻变器件R2隔断，此时天线可以进行信号的发射。
由于阻变器件的电阻的改变只需要电压的激励，其阻态的保持不需要外加电压保持，有利于功耗的降低。所以开关切换时只需要加一个短时间的电压即可。
作为开关的重要组成部分的阻变器件，并不限于一种，任何可以发生电阻改变的器件(比如具有阻变特性的RRAM、PRAM等)都可以用于本发明T/R转换开关。
虽然本说明书通过具体的实施例详细描述了本发明的T/R转换开关电路的拓扑结构以及电路工作的过程，以及阻变存储器件RRAM，但是本领域的技术人员应该理解，本发明的实现方式不限于实施例的描述范围，在不脱离本发明实质和精神范围内，可以对本发明进行各种修改和替换，例如基于此电路拓扑结构的扩展电路的设计。