[发明专利]一种宽带射频开关CMOS电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种射频电开关，尤其是涉及一种宽带射频开关CMOS电路。

背景技术

射频开关是雷达、电子对抗、通信、测量等领域的重要控制元件。由于GAAS的特点，射频开关广泛采用GAAS的工艺制作，其主要优点在于自身具有极低的偏置功率耗散并且有较高的开关速度，由于直流端和射频端之间容易被电阻隔离，无明显的DC和RF功率耗散，因此易实现较宽的频带内工作。但是由于GAAS工艺与集成电路的标准CMOS工艺不兼容，因此难以被集成到芯片内部，且采用不同的工艺制作一个系统，无疑增加了系统的成本，阻碍了芯片的高度集成化。利用标准CMOS工艺实现宽带的射频开关，对于降低系统成本，提高系统的集成度很有帮助。

在标准CMOS工艺中，实现宽频带的射频开关主要存在以下几个问题：

1）MOS管在高频时的寄生电容较大，无法忽略，导致开关的插入损耗增加，且大幅降低了开关的隔离度。

2）由于MOS管衬底存在寄生的反偏二极管，这限制了射频信号的幅度。

Feng-Jung Huang，Kenneth（[1]Feng-Jung Huang，Kenneth.A 0.5-μm CMOS T/R Switch for900-MHz Wireless Applications，IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS，2001，36（3）：486－492）利用MOS管串联导通来实现射频信号的传输，利用MOS管对低旁路导通来实现射频信号的隔离衰减，同时采用了直流偏置和栅极电阻的方式来避免寄生反偏二极管的导通和射频信号的流失。

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，IEEE MICROWAVE AND WIRELESS COMPONENTS LETTERS，2007，17（2）：130－132）利用了传输线匹配的方案来实现SPDT射频开关，其基本原理为开关导通时，传输线匹配，插入损耗最低；开关隔离时，利用MOS管将射频信号对地短路，利用多级衰减达到高的隔离度。该文献中同样利用了栅极电阻的方式来降低射频信号的流失。

Cuong Huynh等（[3]Cuong Huynh，Cam Nguyen.New Ultra-High-Isolation RF Switch Architecture and Its Use for a 10-38-GHz 0.18-m BiCMOS Ultra-Wideband Switch，IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES，2011，59（2）：345－353）采用MOS管和电感组成前级SPST开关确保了开关的隔离度，利用后级Balun的方式将通过SPST开关的信号耦合到输出端，进一步增大隔离度以及降低导通时的插入损耗。该文献中也利用了栅极电阻的方式来减少射频信号的损耗。

但是文献[1]中提及的CMOS开关电路由于只采用了单管旁路隔离，导致高频时开关的隔离衰减下降；文献[2]中提及的电路，由于采用多级衰减的方法，可以保证开关的隔离度，但多级的MOS管引入了较大的寄生参数，高频时插入损耗会有所增加，而且其采用了传输线的方案，这可能会在集成时使得不同传输线产生互感影响，面积无法做的很小；文献[3]中采用BiCMOS工艺，虽然性能有所提升，但大量引用了电感器件，同样无法将面积做小，集成度不高。

发明内容

本发明的目的在于提供能够有效地降低开关插入损耗，同时当开关隔离时，π型滤波器电路变为阻抗变换电路，可工作在DC~43GHz的频段内，可集成到片上系统Soc或专用集成电路ASCI等，用于对射频信号的传输及隔离操作的一种宽带射频开关CMOS电路。

本发明利用π型滤波器的设计方案，采用分级处理的方法。

本发明设有数字控制模块、传输门模块和π型网络模块；

所述数字控制模块的输入端外接数字控制信号；所述传输门模块的输入端接射频信号，传输门模块的控制端接数字控制信号模块的输出端，传输门模块的输出端接π型网络模块的输入端，所述π型网络模块的控制端接数字控制信号模块的输出端，π型网络模块的输出端输出最终信号。