射频开关制造技术

本发明专利技术公开了一种射频开关。RF开关使用晶体管技术的组合以及拓扑结构来产生在包括高于千兆赫的频率的频率下，具有高的隔离度和高的电压击穿的RF开关。

【技术实现步骤摘要】
射频开关相关申请的交叉引用本申请是于2019年7月17日提交的美国申请第16/514,174号的继续申请，其要求于2019年5月8日提交的美国临时专利申请第62/844,878号的权益，这些申请的全部内容以引用方式并入本文。
本公开涉及射频(RF)器件，并且更具体地涉及可在RF调谐应用中使用的RF开关。
技术介绍
RF开关是用于无线系统的前端部(诸如手持机或基站)的重要部件。具体地，RF开关可用于阻抗(即，馈电点)调谐(即，匹配)，以在功率放大器和天线之间进行最大功率传输。另外，RF开关可用于孔径调谐(即，匹配)，以在天线与其操作环境之间进行最大功率传输。例如，可主动地控制多个RF开关的导通/关断，以将多种阻抗组合耦接/解耦到前端，以响应于变化的操作条件来优化前端性能。许多无线应用需要RF开关在物理上较小，以处理高功率并且具有低的功率耗散(即，损耗)。因此，低的插入损耗、高的隔离度和高的击穿电压是RF开关的重要要求。然而，满足所有这些要求可能很困难，尤其是在无线系统移动到较高频率时。因此，需要新的RF开关电路和方法来满足无线系统的要求，尤其是在高频下。
技术实现思路
在至少一个方面，本公开描述了一种射频(RF)开关。该RF开关包括第一III-V晶体管，该第一III-V晶体管耦接在RF开关的输入与旁路连接节点之间。第一III-V晶体管可由施加至第一III-V晶体管的栅极的第一控制信号控制。该RF开关还包括第二III-V晶体管，该第二III-V晶体管耦接在旁路连接节点与RF开关的输出之间。第二III-V晶体管可由施加至第二III-V晶体管的栅极的第一控制信号控制。该RF开关还包括至少一个绝缘体上硅(SOI)晶体管，该至少一个SOI晶体管耦接在旁路连接节点与接地之间。至少一个SOI晶体管可由施加至SOI晶体管的栅极的第二控制信号控制。在各种实施方式中，III-V晶体管可为砷化镓(GaA)、碳化硅(SiC)或氮化镓(GaN)。在另一方面，本公开描述了一种RF调谐系统。该RF调谐系统包括RF开关，该RF开关被配置为将输入切换至多个输出中的一个。对于每个输出，RF开关包括III-V开关对和SOI开关。III-V开关串联连接在输入与输出之间并且在旁路连接节点处彼此连接。SOI开关连接在旁路连接节点与接地之间。在RF调谐系统的实施方式中，SOI开关可以为SOI晶体管的叠堆(即，多个串联连接的SOI晶体管)。在另一方面，本公开描述了一种用于切换RF信号的方法。该方法包括将RF信号施加至RF开关的输入节点，该RF开关包括串联在输入节点与输出节点之间的两个III-V开关。该两个III-V开关在旁路连接节点处彼此连接，并且SOI开关连接在旁路连接节点与接地之间。该方法包括：通过将两个III-V开关控制为处于关断条件来阻断RF信号，以将RF信号中除泄漏部分外的所有部分于旁路连接节点阻断开；以及将SOI开关控制为处于导通条件，以将RF信号的泄漏部分短路至接地。另选地，该方法包括：通过将两个III-V开关控制为处于导通条件来传递RF信号，以将RF信号从输入节点传递至输出节点；以及将SOI开关控制为处于关断条件，以使接地从旁路连接节点解耦。在以下具体实施方式及其附图内进一步解释了前述说明性
技术实现思路
，以及本公开的其他示例性目标和/或优点、以及实现方式。附图说明图1是根据本公开的可能实施方式的包括阻抗(馈电点)调谐器的无线系统的框图。图2是根据本公开的可能实施方式的包括孔径调谐器的无线系统的框图。图3是根据本公开的实施方式的用于无线系统的前端子系统的示意图。图4是根据本公开的实施方式的适用在RF前端中的多开关调谐器的示意图。图5A是处于导通条件的RF开关的功能图。图5B是处于关断条件的RF开关的功能图。图6A是根据本公开的实施方式的形成开关的晶体管的示意图。图6B是根据本公开的实施方式的形成具有比图6A的开关更高的击穿电压的开关的串联连接的晶体管的叠堆的示意图。图7是根据本公开的第一可能实施方式的RF开关的示意图。图8是根据本公开的第二可能实施方案的RF开关的示意图。图9是根据本公开的实施方式的用于切换RF的方法的流程图。附图中的部件未必相对于彼此按比例绘制。相似附图标记在若干附图中表示相应的零件。具体实施方式本公开描述了一种RF开关，该RF开关在宽频率范围内具有高的隔离度、低的插入损耗和高的击穿电压。在非限制性示例中，本专利技术所公开的RF开关可在约500兆赫兹(MHz)至10吉赫兹(GHz)的频率范围内操作，其中隔离度大于10分贝(dB)(即，高的隔离度)，插入损耗小于0.4dB(即，低的插入损耗)，并且击穿电压电平大于70伏(即，高的击穿电压)。通过使用在电路拓扑结构中配置的各技术的组合，可以实现此性能，该电路拓扑结构利用了每种技术的优势，同时减轻了每种技术的劣势。本专利技术所公开的RF开关使用拓扑结构以及开关技术(即，材料)的组合来提供适用于RF调谐应用的性能(例如，插入损耗、电压击穿和隔离度)。该拓扑结构包括两个串联连接的晶体管，当RF开关处于导通条件时，这些晶体管将RF开关的输入耦接到RF开关的输出。这两个串联连接的晶体管为第一材料(例如，GaN)并且在旁路连接节点处连接在一起。第一材料开关可提供充分低的插入损耗(即，当导通时)，但可具有比应用所需的更低的隔离度(即，当关断时)。因此，该拓扑结构包括耦接在旁路连接节点与接地之间的一个或多个晶体管。当串联晶体管为关断时，一个或多个晶体管可被配置(即，接通)为通过将任何泄漏信号短接至接地来増加RF开关的隔离度。一个或多个晶体管利用第二材料(例如，SOI或CMOS)，该第二材料可提供充分大的隔离度(即，当关断时)，使得两个串联连接的晶体管的低的插入损耗(即，当导通时)不会显著降低。此外，可基于期望的击穿电压来选择一个或多个晶体管的数量。因此，本专利技术所公开的RF开关利用拓扑结构和材料技术的优势来提供具有期望操作特性的RF开关(例如，在高RF频率和高功率下)。本公开的RF开关可用在无线系统的RF前端子系统(诸如蜂窝网络的基站或蜂窝网络的手持机)中。在这些应用中，RF开关可在例如900Mhz或2.6GHz的频率下使用。RF开关可被配置为作为RF调谐系统的一部分来执行功能。为了帮助理解，将从这些方面描述本专利技术所公开的RF开关。然而，本公开的RF开关不限于这些特定实施方式。图1是用于包括阻抗调谐器(即，馈电点调谐器)的无线系统的前端子系统(即，前端)的框图。前端包括RF功率放大器110，该RF功率放大器通过阻抗调谐器120耦接至天线130。阻抗调谐器120补偿例如由于变化的操作环境而导致的天线输入阻抗的波动。为了使某些操作环境中的RF反射(即，驻波)最小化，天线的馈电点阻抗与RF功率放大器的输出阻抗(例如，50欧姆)基本上匹配。这不仅可导致从PA到天线的最佳(即，最大)功率传输，而且使来自高度不匹配的天线的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种射频(RF)开关，所述射频开关包括：/n第一III-V晶体管，所述第一III-V晶体管耦接在所述RF开关的输入与旁路连接节点之间，所述第一III-V晶体管能够由施加至所述第一III-V晶体管的栅极的第一控制信号控制；/n第二III-V晶体管，所述第二III-V晶体管耦接在所述旁路连接节点与所述RF开关的输出之间，所述第二III-V晶体管能够由施加至所述第二III-V晶体管的栅极的所述第一控制信号控制；和/n至少一个绝缘体上硅(SOI)晶体管，所述至少一个SOI晶体管耦接在所述旁路连接节点与接地之间，所述至少一个SOI晶体管能够由施加至所述至少一个SOI晶体管的栅极的第二控制信号控制。/n

【技术特征摘要】
20190508 US 62/844,878;20190717 US 16/514,1741.一种射频(RF)开关，所述射频开关包括：
第一III-V晶体管，所述第一III-V晶体管耦接在所述RF开关的输入与旁路连接节点之间，所述第一III-V晶体管能够由施加至所述第一III-V晶体管的栅极的第一控制信号控制；
第二III-V晶体管，所述第二III-V晶体管耦接在所述旁路连接节点与所述RF开关的输出之间，所述第二III-V晶体管能够由施加至所述第二III-V晶体管的栅极的所述第一控制信号控制；和
至少一个绝缘体上硅(SOI)晶体管，所述至少一个SOI晶体管耦接在所述旁路连接节点与接地之间，所述至少一个SOI晶体管能够由施加至所述至少一个SOI晶体管的栅极的第二控制信号控制。


2.根据权利要求1所述的RF开关，其中所述第一III-V晶体管和所述第二III-V晶体管为砷化镓(GaAs)、碳化硅(SiC)或氮化镓(GaN)。


3.根据权利要求1所述的RF开关，其中所述第一控制信号和所述第二控制信号为将所述RF开关控制为处于导通状态或关断状态的互补的导通/关断信号；
其中在所述导通状态下，所述第一III-V晶体管和所述第二III-V晶体管为导通以在所述RF开关的所述输入和所述输出之间产生低阻抗路径，并且所述至少一个SOI晶体管为关断以将接地与所述低阻抗路径隔离；并且
其中在所述关断状态下，所述第一III-V晶体管和所述第二III-V晶体管为关断以在所述输入和所述输出之间产生高阻抗路径，并且所述至少一个SOI晶体管为导通以将所述高阻抗路径短路至接地。


4.根据权利要求1所述的RF开关，其中所述第一III-V晶体管和所述第二III-V晶体管的击穿电压高于所述至少一个SOI晶体管的击穿电压；并且
其中所述至少一个SOI晶体管耦接至的电压低于耦接至所述第一III-V晶体管或所述第二III-V晶体管的电压。


5.根据权利要求1所述的RF开关，其中所述至少一个SOI晶体管为串联连接的一组SOI晶体管；并且
其中所述一组SOI晶体管中的SOI晶体管的数量对应于所述第一III-V晶体管或所述第二III-V晶体管的击穿电压。...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·P·威尔，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US