[发明专利]面向5G/6G射频前端芯片的低损耗非对称片上开关

说明书

本发明公开面向5G/6G射频前端芯片的低损耗非对称片上开关，属于基本电子电路的技术领域。该非对称片上开关包括：第一射频端口、第一开关臂、第二开关臂、第二射频端口、第三射频端口，通过第一开关臂中接入的第一并联谐振单元与第二开关臂接入的第二并联谐振单元组成耦合谐振结构，利用第二并联谐振单元的并联谐振实现高阻态，降低第二开关臂加载效应对第一开关臂损耗的影响，第二开关臂还可接入多级低通单元或多级耦合谐振拓扑改善开关带宽，同时实现非对称开关的低损耗、超宽带、高隔离和小型化。

技术领域

本发明涉及5G/6G通信芯片、射频集成电路设计技术，具体公开面向5G/6G射频前端芯片的低损耗非对称片上开关，属于基本电子电路的技术领域。

背景技术

随着通信技术以及集成电路的发展，射频开关在射频芯片中的作用越来越重要。5G/6G系统的发射通道低损耗、接收通道高隔离，与此同时两个通道均要做到宽带化和小型化且具有阻带抑制特性。然而，在5G/6G射频开关的设计过程中，两个开关臂之间的相互干扰问题很难解决，为此，同时实现5G/6G射频开关低损耗、超宽带、小型化的特性还具备一定的难度。而非对称开关的TX支路和RX支路具有不同电路拓扑，因此可以对TX支路和RX支路分别进行优化以满足5G/6G射频开关低损耗、超宽带、小型化的要求。

现有的非对称单刀双掷开关为了提高功率处理能力，Rx支路利用四分之一波长微带传输线、晶体管、电感实现阻抗匹配，Tx支路中使用串联电感减小晶体管寄生参数对电路隔离度的影响，同时采用体偏置技术对晶体管进行偏置设计。该非对称单刀双掷开关可以实现较好的线性度，同时可以保证RX支路的隔离度，但该非对称单刀双掷开关所实现的插入损耗较高，很难运用在对插入损耗要求严格的电路中，难以满足5G射频前端系统的低损耗要求。

为适应5G通信场景的应用需求，一种新型非对称单刀双掷CMOS TRx开关的发射端由串联在天线和发射机之间的电感和并联在接收端和串联电感之间的晶体管组成，可以形成从天线到功率放大器输出平衡的静电放电路径。由于该新型非对称单刀双掷开关的发射端和接收端采用非对称设计，因此在发射模式下所有晶体管都处于导通状态，从而提高功率处理能力。但由于该非对称单刀双掷开关处理的信号功率过大，晶体管尺寸较大，插入损耗较大，且隔离度不够，无法实现5G射频前端低损耗的特性。

为了改善5G通信应用场景下射频开关的线性度，一种使用CMOS技术的非对称单刀双掷开关，采用无源环形结构，使得TX模式下使用导通状态下的开关晶体管，允许一个相对强的射频信号通过TX分支，从而显著提高了P1dB，具有良好的线性度，增益压缩现象得到了良好的改善。但由于晶体管导通状态过多，使得该非对称单刀双掷开关的隔离度不够，无源环形结构也引入了额外的插入损耗，使得插入损耗较大，不能运用在低损耗5G射频前端电路中。

为了改善非对称开关的线性度，一种具有90度阻抗变换区段的非对称发送/接收开关，包括非对称的第一阻抗匹配网络与第二阻抗匹配网络，第一阻抗匹配网络耦接在输入端口和公共端口之间，第二阻抗匹配网络耦接在公共端口和输出端口之间，第一开关电路耦接在输入端口和电路地电位之间，第二开关电路耦接在输出端口和电路地电位之间，该非对称开关可以实现90°的阻抗变换。但由于该非对称开关引进了过多的匹配网络以及过多的晶体管，该电路的插入损耗较高，同时不能实现较好的带宽，难以同时满足低损耗、超宽带、小型化的要求。

综上所述，现有的非对称单刀双掷开关在以下三个方面有待提高：（1）在每个开关臂各使用一个四分之一波长微带传输线虽能减少两个开关臂之间的相互干扰，但却是以牺牲尺寸为代价；（2）摒弃四分之一波长微带传输线的非对称单刀双掷开关，虽然能够提高功率处理能力、改善线性度，但因没有解决两个开关臂之间相互干扰的问题，进而导致两个开关臂特别是发射通道的插入损耗较大；（3）现有非对称开关的两个通道带很宽难同时实现宽带化，尤其是难以实现低损耗发射通道的宽带化。

本发明旨在提出面向5G/6G射频前端开关芯片的低损耗非对称片上开关以克服上述缺陷。

发明内容