具有高线性度的射频开关.pdf

本申请提供一种具有高线性度的射频开关，该射频开关包括一个开关主电路和开关次电路，该开关主电路的一端为射频信号输入端，另外一端为射频信号输出端，该射频信号输出端与负载连接；该开关主电路包括多个串联连接的MOSFET；该开关次电路的一端连接于开关主电路的射频信号输出端，另一端接地；该开关次电路包括多个串联连接的MOSFET；其中，开关次电路中邻近开关主电路射频信号输出端的MOSFET沟道尺寸的宽度与长度的比值(W/L)比远离开关主电路射频信号输出端的MOSFET的沟道尺寸的宽度与长度的比值(W/L)大。本申请采用较少数量的串联MOSFET能实现更高的线性度，防止开关分次电路中MOSFET在大电压摆幅下被击穿，从而实现更有性价比的射频开关芯片。

权利要求书1.  一种射频开关，该射频开关包括一个开关主电路和开关次电路，其特征 在于： 所述开关主电路的一端为射频信号输入端，另外一端为射频信号输出端， 该射频信号输出端与负载连接；该开关主电路包括多个串联连接的MOSFET； 所述开关次电路的一端连接于开关主电路的射频信号输出端，另一端接地； 该开关次电路包括多个串联连接的MOSFET； 其中，开关次电路中邻近所述开关主电路射频信号输出端的MOSFET沟道 尺寸的宽度与长度的比值(W/L)比远离所述开关主电路射频信号输出端的 MOSFET的沟道尺寸的宽度与长度的比值(W/L)大。 2.  如权利要求1所述的射频开关，其特征在于，开关次电路中各个MOSFET 沟道尺寸的宽度与长度的比值(W/L)从邻近开关主电路射频信号输出端到接 地端逐步递减。 3.  如权利要求2所述的射频开关，其特征在于，开关次电路中各个MOSFET 沟道尺寸的宽度与长度的比值(W/L)从邻近开关主电路射频信号输出端到接 地端线性递减。 4.  如权利要求3所述的射频开关，开关次电路中各个MOSFET沟道尺寸 的宽度与长度的比值(W/L)从邻近开关主电路射频信号输出端到接地端等梯 度递减。 5.  如权利要求1所述的射频开关，所述负载为天线。 6.  一种集成电路芯片，其特征在于具备如权利要求1-5中任一项所述的射 频开关。 7.  一种无线通信装置，其特征在于具备如权利要求1-5中任一项所述的射 频开关。

说明书具有高线性度的射频开关
技术领域
本申请涉及射频电路技术领域，尤其涉及一种具有高线性度的大功率射频开 关和无线通信装置。
背景技术
基于硅衬底的集成射频开关芯片被广泛用于无线通讯系统中，它应具有低 成本和优异的射频性能，例如低插入损耗，高隔离度，和高线性度(多通过二 次及三次谐波抑制，和三阶截获点来表征)。
现有的开关电路结构由一个串联电路和一个并联电路组成，每个电路为一 个MOSFET管，通过控制MOSFET管的开(ON)与关(OFF)来实现射频 开关的功能。如图1所示，在大功率的应用中，串联和并联电路中的MOSFET 可由多个MOSFET串联而成，对于OFF支路来说，理想状态下，每个MOSFET 能平均地分到一样的射频电压摆幅。但是，如图2的等效电路图所示，由于 MOSFET中存在多处寄生电容和二极管，且多个MOSFET串联后的电路中存 在寄生电容和二极管的叠加效应，总的射频电压摆幅不均匀的分布在各个 MOSFET上，导致具有大电压摆幅的MOSFET贡献高次谐波，从而降低了射 频开关的总体线性度。
基于上述技术问题，传统的方法是增加ON和OFF支路中的串联MOSFET 的数量，其代价是更大的芯片面积。
应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行 清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这 些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术 人员所公知。
发明内容
本申请所要解决的技术问题为，在大功率射频开关电路中，采用较少数量 的串联MOSFET来实现更高的线性度，并防止MOSFET在大电压摆幅下被击 穿，从而实现更有性价比的射频开关芯片。
为了解决以上技术问题，根据本申请实施例的一个方面，提供一种射频开 关，该射频开关包括一个开关主电路和开关次电路，其特征在于：
该开关主电路的一端为射频信号输入端，另外一端为射频信号输出端，该 射频信号输出端与负载连接；该开关主电路包括多个串联连接的MOSFET；
该开关次电路的一端连接于开关主电路的射频信号输出端，另一端接地； 该开关次电路包括多个串联连接的MOSFET；
其中，开关次电路中邻近开关主电路射频信号输出端的MOSFET沟道尺寸 的宽度与长度的比值(W/L)比远离开关主电路射频信号输出端的MOSFET的 沟道尺寸的宽度与长度的比值(W/L)大。
根据本申请实施例的另一个方面，开关次电路中各个MOSFET沟道尺寸的 宽度与长度的比值(W/L)从邻近开关主电路射频信号输出端到接地端线性递 减。
根据本申请实施例的另一个方面，开关次电路中各个MOSFET沟道尺寸的 宽度与长度的比值(W/L)从邻近开关主电路射频信号输出端到接地端等梯度 递减。
本申请还提供一种具有上述射频开关的集成电路芯片。
本申请还提供一种具有上述射频开关的一种无线通信装置。
本申请的有益效果在于：传统的方法是增加ON和OFF支路中的串联 MOSFET的数量，从而导致更大的芯片面积，而本申请通过设计具有尺寸梯度 变化的MOSFET，通过设计具有尺寸梯度变化的MOSFET，有效防止MOSFET 在大电压摆幅下被击穿，并采用尽可能少的串联MOSFET很好地改善射频开关 芯片的线性度。
参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申 请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而 受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许 多改变、修改和等同。
针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或 更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实 施方式中的特征。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存 在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
附图说明
所包括的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，其构成了说明书 的一部分，用于例示本申请的实施方式，并与文字描述一起来阐释本申请的原 理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域 普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获 得其他的附图。在附图中：
图1是现有技术中射频开关电路示意图；
图2是现有技术中射频开关等效电路图；
图3是本申请具有尺寸梯度的射频开关电路示意图。
具体实施方式
参照附图，通过下面的说明书，本申请的前述以及其它特征将变得明显。 在说明书和附图中，具体公开了本申请的特定实施方式，其表明了其中可以采 用本申请的原则的部分实施方式，应了解的是，本申请不限于所描述的实施方 式，相反，本申请包括落入所附权利要求的范围内的全部修改、变型以及等同 物。
如图3所示：射频开关包括一个开关主电路和开关次电路，该开关主电路 的一端为射频信号输入端，另外一端为射频信号输出端，该射频信号输出端与 负载连接，该负载例如可以为一天线；该开关主电路包括多个串联连接的 MOSFET。
该开关次电路的一端连接于开关主电路的射频信号输出端和负载之间，另 一端接地；该开关次电路包括多个串联连接的MOSFET。
由于实际电路中的开关次电路中存在多处寄生电容和二极管，且多个 MOSFET串联后的电路中存在寄生电容和二极管的叠加效应，导致具有大电压 摆幅的MOSFET贡献高次谐波，从而降低了射频开关的总体线性度，因此设计 并优化开关次电路中的每个MOSFET的沟道尺寸显得尤为必要，通过改变沟道 尺寸的宽度与长度的比值(W/L)来平衡每个MOSFET上的电压摆幅，保证每 个MOSFET上的电压摆幅都小于其击穿电压，同时由于高次谐波的幅值被显著 的降低，从而有效提高射频开关芯片的总体线性度。
另外，开关次电路中靠近射频信号输出端的MOSFET比靠近接地端的 MOSFET更容易遭受来至开关主电路的大摆幅的电压，而MOSFET的沟道尺 寸越大，即沟道尺寸的宽度与长度的比值(W/L)越大，该MOSFET越能承受 较大的电压摆幅，从而不容易被击穿。因此，本申请将开关次电路中邻近开关 主电路射频信号输出端的MOSFET沟道尺寸的宽度与长度的比值(W/L)比远 离开关主电路射频信号输出端的MOSFET的沟道尺寸的宽度与长度的比值 (W/L)大。
根据本申请实施例的另一个方面，开关次电路中各个MOSFET沟道尺寸的 宽度与长度的比值(W/L)从邻近开关主电路射频信号输出端到接地端线性递 减。例如，从邻近开关主电路的第一MOSFET起，位于其后的MOSFET沟道 尺寸的宽度与长度的比值W/L是前一MOSFET的W/L比值的N倍，N小于1。
根据本申请实施例的另一个方面，开关次电路中各个MOSFET沟道尺寸的 宽度与长度的比值(W/L)从邻近开关主电路射频信号输出端到接地端等梯度 递减。例如，相邻MOSFET沟道尺寸的宽度与长度的比值W/L的差值是一固 定值M。
上述N、M的大小依据开关次电路中所设置的MOSFET的数量而定，并且 通过适当地选取N、M的数值，本申请中所需设置MOSFET的数量相对现有技 术明显的减少。
本申请还提供一种具有射频开关的集成电路芯片。
本申请还提供一种具有射频开关的一种无线通信装置。
根据本申请，通过在开关次电路路中设计具有尺寸梯度变化的MOSFET， 有效防止MOSFET在大电压摆幅下被击穿，并且设置尽可能少的串联MOSFET 就能很好地改善射频开关芯片的线性度，从有效减小了集成电路芯片的面积。
以上结合具体的实施方式对本申请进行了描述，但本领域技术人员应该清 楚，这些描述都是示例性的，并不是对本申请保护范围的限制。本领域技术人 员可以根据本申请的精神和原理对本申请做出各种变型和修改，这些变型和修 改也在本申请的范围内。