一種iii-v族mosfet器件的射頻開關電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種III-V族MOSFET器件的射頻開關電路，該射頻開關電路包括一個由GaAs?MOSFET構成的自偏置開關電路，該自偏置開關電路是射頻信號通路，具有兩個直流電壓偏置端，每個直流電壓偏置端均連接有一個靜電保護電路，用以防止開關由于靜電帶來的大電壓而損壞；同時，每個直流電壓偏置端還連接有一個自升壓電路，用以對直流供電電壓進行升壓。該電路采用GaAs?MOSFET器件制作開關電路，在提高射頻開關速度的同時，提高了柵的動態(tài)范圍，實現(xiàn)了低的插入損耗，提高了傳統(tǒng)射頻開關的集成性。
【專利說明】—種I I 1-V族MOSFET器件的射頻開關電路
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及射頻集成電路【技術領域】，尤其是一種II1-V族MOSFET器件的射頻開關電路。
【背景技術】
[0002]在實際的射頻開關應用中，靜電問題一直是不可忽視的因素之一。由于靜電會帶來一個短促的大電壓，極其容易引起開關在強電壓下失效。因此靜電保護電路一直以來都是需要射頻開關設計者考慮的重要因素。
[0003]另一方面，在民用射頻通信中，由于直流電壓源提供的電壓有限，往往難以達到開關系統(tǒng)工作的最佳直流偏置點，因此需要對直流偏置電路進行升壓，常見的升壓電路一般采用CMOS工藝，與傳統(tǒng)GaAs工藝存在兼容問題，同時電路一般將升壓電路放置在外圍，未能充分利用芯片空間面積。

【發(fā)明內容】

[0004](一 )要解決的技術問題
[0005]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提出一種II1-V族MOSFET器件的射頻開關電路，以具有比GaAs HEMT射頻開關更低的直流功耗，同時擁有自升壓功能與靜電保護功能。
[0006]( 二 )技術方案
[0007]為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種II1-V族MOSFET器件的射頻開關電路，該射頻開關電路包括一個由GaAs MOSFET構成的自偏置開關電路，該自偏置開關電路是射頻信號通路，具有兩個直流電壓偏置端，每個直流電壓偏置端均連接有一個靜電保護電路，用以防止開關由于靜電帶來的大電壓而損壞；同時，每個直流電壓偏置端還連接有一個自升壓電路，用以對直流供電電壓進行升壓。
[0008]上述方案中，該自偏置開關電路包括發(fā)射端口 TX到天線ANT的發(fā)射電路，以及天線ANT到接收端口 RX的接收電路。
[0009]在發(fā)射電路中，第一直流偏置電壓源Vctrl_l連接于第一 MOS管Tl的柵極，通過控制第一 MOS管Tl的柵極電壓大小來控制第一 MOS管Tl的開啟和關斷，從而控制發(fā)射電路的開啟和關斷；第三電阻R3與第一 MOS管Tl的柵極相連，起到隔離射頻信號的作用；第三MOS管T3與第二直流偏置電壓源Vctrl_2相連，其開關狀態(tài)與第一 MOS管Tl相反，用來改善發(fā)射電路的隔離度性能；第五電阻R5連接第三MOS管T3的柵極和第二直流偏置電壓源Vctrl_2，起到隔離射頻信號的作用。
[0010]在接收電路中，第二直流偏置電壓源Vctrl_2連接第二 MOS管T2的柵極，通過控制第二 MOS管T2的柵極電壓大小來控制第二 MOS管T2的開啟和關斷，從而控制接收電路的開啟和關斷；第四電阻R4與第二 MOS管T2的柵極相連，起到隔離射頻信號的作用；第四MOS管T4與第一直流偏置電壓源Vctrl_l相連，其開關狀態(tài)與第二 MOS管T2相反，用來改善接收電路的隔離度性能；第六電阻R6連接第三MOS管T3的柵極和第二直流偏置電壓源Vctr 1_2，起到隔離射頻信號的作用。
[0011] 上述方案中，所述靜電保護電路包括兩個相同的電路部分，其中一個電路部分包括漏極源極互相串聯(lián)的第十一 MOS管Tll和第十二 MOS管T12，第十一 MOS管Tll的柵極與第十二 MOS管T12的柵極都與第十一 MOS管Tll的漏極和第十二 MOS管T12的源極相連，第十二 MOS管的漏極與第一直流偏置電壓源Vctrl_l相連；其中另一個電路部分包括漏極源極互相串聯(lián)的第十三MOS管T13和第十四MOS管T14，第十三MOS管T13的柵極與第十四MOS管T14的柵極都與第十三MOS管T13的漏極和第十四MOS管T14的源極相連，第十四MOS管T14的漏極與第二直流偏置電壓源Vctrl_2相連。
[0012]上述方案中，所述自升壓電路中包括第一升壓電路部分和第二升壓電路部分，第一升壓電路部分和第二升壓電路部分相互對稱。
[0013]所述第一升壓電路部分包括漏極與直流控制電壓源Vctrl_l連接的晶體管17，漏極與晶體管T7源極連接的晶體管T6，連接晶體管T6柵極與地的電阻R7，連接晶體管T6柵極與晶體管T5源極的電感LI，連接直流控制電源Vctrl_l與晶體管T5漏極的電感L2，連接電感L2與電阻R3的二極管Dl，并聯(lián)接地的電容Cl ；
[0014]其中，第一電容Cl與第一 MOS管Tl的柵極和第一二極管Dl連接，起到儲存電能提供額外電壓的作用；第二電感L2連接第一直流偏置電壓源Vctrl_l，提供電能經過第一二極管Dl存儲到第一電容Cl中；第七MOS管17的柵極和漏極連接第一直流偏置電壓源Vctrl_l，處于常導通狀態(tài)，在第六MOS管T6也導通的條件下起到分壓的作用，而在第六MOS管T6關斷時僅作為直流通路；第六MOS管T6的柵極連接第一電感LI，柵電壓受第五MOS管T5的開啟與關斷狀態(tài)控制；當?shù)谖錗OS管T5開啟時，第六MOS管T6也開啟，使得第一直流偏置電壓源Vctrl_l經過第六MOS管T6和第七MOS管17接地，進而使第五MOS管T5的柵電壓下降至第一直流偏置電壓源Vctrl_l的一半附近，令第五MOS管T5關斷，又使得第六MOS管T6關斷，回到電路的初始狀態(tài)；其中第一電感LI起到延遲作用。
[0015]所述第二升壓電路部分包括漏極與直流控制電壓源Vctrl_2連接的晶體管T9，漏極與晶體管T9源極連接的晶體管T10，連接晶體管TlO柵極與地的電阻R8，連接晶體管TlO柵極與晶體管T8源極的電感L3，連接直流控制電源Vctrl_2與晶體管T8漏極的電感L4，連接電感L4與電阻R4的二極管D2，并聯(lián)接地的電容C2 ；
[0016]其中，第二電容C2與第二 MOS管T2的柵極和第二二極管D2連接，起到儲存電能提供額外電壓的作用；第四電感L4連接第二直流偏置電壓源Vctrl_2，提供電能經過第二二極管D2存儲到第二電容C2中；第九MOS管T9的柵極和漏極連接第二直流偏置電壓源Vctrl_2，處于常導通狀態(tài)，在第十MOS管TlO也導通的條件下起到分壓的作用，而在第十MOS管TlO關斷時僅作為直流通路；第十MOS管TlO的柵極連接第三電感L3，柵電壓受第八MOS管T8的開啟與關斷狀態(tài)控制；當?shù)诎薓OS管T8開啟時，第十MOS管TlO也開啟，使得第二直流偏置電壓源Vctrl_2經過第十MOS管TlO和第九MOS管T9接地，進而使第八MOS管T8的柵電壓下降至第二直流偏置電壓源Vctrl_2的一半附近，令第八MOS管T8關斷，又使得第十MOS管TlO關斷，回到電路的初始狀態(tài)；其中第三電感L3起到延遲作用。
[0017](三)有益效果
[0018]從上述技術方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0019]1、本發(fā)明提供的II1-V族MOSFET器件的射頻開關電路，采用GaAs MOSFET設計了自偏置射頻開關電路，具有比GaAs HEMT低的直流功耗；通過設計靜電保護電路和自升壓電路，增強了 GaAs射頻開關的實用性，降低了電路的應用要求。
[0020]2、本發(fā)明提供的II1-V族MOSFET器件的射頻開關電路，采用GaAs MOSFET器件制作自偏置射頻開關電路，在提高射頻開關速度的同時，提高了柵的動態(tài)范圍，實現(xiàn)了低的插入損耗，提高了傳統(tǒng)射頻開關的集成性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明提供的II1-V族MOSFET器件的射頻開關電路的結構示意圖。【具體實施方式】
[0022]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0023]如圖1所示，圖1為本發(fā)明提供的II1-V族MOSFET器件的射頻開關電路的結構示意圖，該射頻開關電路包括一個由GaAs MOSFET構成的自偏置開關電路，該自偏置開關電路是射頻信號通路，具有兩個直流電壓偏置端，每個直流電壓偏置端均連接有一個靜電保護電路，用以防止開關由于靜電帶來的大電壓而損壞；同時，每個直流電壓偏置端還連接有一個自升壓電路，用以對直流供電電壓進行升壓。
[0024]自偏置開關電路包括發(fā)射端口 TX到天線ANT的發(fā)射電路，以及天線ANT到接收端口 RX的接收電路。在發(fā)射電路中，第一直流偏置電壓源Vctrlj連接于第一 MOS管Tl的柵極，通過控制第一 MOS管Tl的柵極電壓大小來控制第一 MOS管Tl的開啟和關斷，從而控制發(fā)射電路的開啟和關斷。第三電阻R3與第一 MOS管Tl的柵極相連，起到隔離射頻信號的作用。第三MOS管T3與第二直流偏置電壓源Vctrl_2相連，其開關狀態(tài)與第一 MOS管Tl相反，用來改善發(fā)射電路的隔離度性能。第五電阻R5連接第三MOS管T3的柵極和第二直流偏置電壓源Vctrl_2，起到隔離射頻信號的作用。在接收電路中，第二直流偏置電壓源Vctrl_2連接第二 MOS管T2的柵極，通過控制第二 MOS管T2的柵極電壓大小來控制第二MOS管T2的開啟和關斷，從而控制接收電路的開啟和關斷。第四電阻R4與第二 MOS管T2的柵極相連，起到隔離射頻信號的作用。第四MOS管T4與第一直流偏置電壓源Vctrl_l相連，其開關狀態(tài)與第二 MOS管T2相反，用來改善接收電路的隔離度性能。第六電阻R6連接第三MOS管T3的柵極和第二直流偏置電壓源Vctrl_2，起到隔離射頻信號的作用。由于以上電阻Rl~R6阻值都大于2萬歐姆，因此并不會影響開關的隔離性能。
[0025]靜電保護電路包括兩個相同的電路部分。其中一個電路部分包括漏極源極互相串聯(lián)的第十一 MOS管Tll和第十二 MOS管T12，第十一 MOS管Tll的柵極與第十二 MOS管T12的柵極都與第十一 MOS管Tll的漏極和第十二 MOS管T12的源極相連，第十二 MOS管的漏極與第一直流偏置電壓源Vctr 1_1相連。其中另一個電路部分包括漏極源極互相串聯(lián)的第十三MOS管T13和第十四MOS管T14，第十三MOS管T13的柵極與第十四MOS管T14的柵極都與第十三MOS管T13的漏極和第十四MOS管T14的源極相連，第十四MOS管T14的漏極與第二直流偏置電壓源Vctr 1_2相連。
[0026]自升壓電路中包括兩個對稱的升壓電路部分。第一升壓電路部分包括漏極與直流控制電壓源Vctrl_l連接的晶體管17，漏極與晶體管17源極連接的晶體管T6，連接晶體管T6柵極與地的電阻R7，連接晶體管Τ6柵極與晶體管Τ5源極的電感LI，連接直流控制電源Vctrl_l與晶體管T5漏極的電感L2，連接電感L2與電阻R3的二極管D1，并聯(lián)接地的電容Cl。第一電容Cl與第一 MOS管Tl的柵極和第一二極管Dl連接，起到儲存電能提供額外電壓的作用。第二電感L2連接第一直流偏置電壓源Vctr 1_1，提供電能經過第一二極管Dl存儲到第一電容Cl中。第七MOS管T7的柵極和漏極連接第一直流偏置電壓源Vctr 1_1，處于常導通狀態(tài)，在第六MOS管T6也導通的條件下起到分壓的作用，而在第六MOS管T6關斷時僅作為直流通路。第六MOS管T6的柵極連接第一電感LI，柵電壓受第五MOS管T5的開啟與關斷狀態(tài)控制。當?shù)谖錗OS管T5開啟時，第六MOS管T6也開啟，使得第一直流偏置電壓源Vctrl_l經過第六MOS管T6和第七MOS管T7接地，進而使第五MOS管T5的柵電壓下降至第一直流偏置電壓源Vctrl_l的一半附近，令第五MOS管T5關斷，又使得第六MOS管T6關斷，回到電路的初始狀態(tài)。其中第一電感LI起到延遲作用。
[0027]第二升壓電路部分包括漏極與直流控制電壓源Vctrl_2連接的晶體管T9，漏極與晶體管T9源極連接的晶體管T10，連接晶體管TlO柵極與地的電阻R8，連接晶體管TlO柵極與晶體管T8源極的電感L3，連接直流控制電源Vctrl_2與晶體管T8漏極的電感L4，連接電感L4與電阻R4的二極管D2，并聯(lián)接地的電容C2。第二電容C2與第二 MOS管T2的柵極和第二二極管D2連接，起到儲存電能提供額外電壓的作用。第四電感L4連接第二直流偏置電壓源Vctrl_2，提供電能經過第二二極管D2存儲到第二電容C2中。第九MOS管T9的柵極和漏極連接第二直流偏置電壓源Vctrl_2，處于常導通狀態(tài)，在第十MOS管TlO也導通的條件下起到分壓的作用，而在第十MOS管TlO關斷時僅作為直流通路。第十MOS管TlO的柵極連接第三電感L3，柵電壓受第八MOS管T8的開啟與關斷狀態(tài)控制。當?shù)诎薓OS管T8開啟時，第十MOS管TlO也開啟，使得第二直流偏置電壓源Vctrl_2經過第十MOS管TlO和第九MOS管T9接地，進而使第八MOS管T8的柵電壓下降至第二直流偏置電壓源Vctrl_2的一半附近，令第八MOS管T8關斷，又使得第十MOS管TlO關斷，回到電路的初始狀態(tài)。其中第三電感L3起到延遲作用。
[0028]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1. 一種II1-V族MOSFET器件的射頻開關電路，其特征在于，該射頻開關電路包括一個由GaAs MOSFET構成的自偏置開關電路，該自偏置開關電路是射頻信號通路，具有兩個直流電壓偏置端，每個直流電壓偏置端均連接有一個靜電保護電路，用以防止開關由于靜電帶來的大電壓而損壞；同時，每個直流電壓偏置端還連接有一個自升壓電路，用以對直流供電電壓進行升壓。
2.根據(jù)權利要求1所述的II1-V族MOSFET器件的射頻開關電路，其特征在于，該自偏置開關電路包括發(fā)射端口(TX)到天線(ANT)的發(fā)射電路，以及天線(ANT)到接收端口(RX)的接收電路。
3.根據(jù)權利要求2所述的II1-V族MOSFET器件的射頻開關電路，其特征在于，在發(fā)射電路中，第一直流偏置電壓源(Vctrl_l)連接于第一 MOS管(Tl)的柵極，通過控制第一 MOS管(Tl)的柵極電壓大小來控制第一 MOS管(Tl)的開啟和關斷，從而控制發(fā)射電路的開啟和關斷；第三電阻(R3)與第一MOS管(Tl)的柵極相連，起到隔離射頻信號的作用；第三MOS管(T3)與第二直流偏置電壓源(Vctrl_2)相連，其開關狀態(tài)與第一 MOS管(Tl)相反，用來改善發(fā)射電路的隔離度性能；第五電阻(R5)連接第三MOS管(T3)的柵極和第二直流偏置電壓源(Vctrl_2)，起到隔離射頻信號的作用。
4.根據(jù)權利要求2所述的II1-V族MOSFET器件的射頻開關電路，其特征在于，在接收電路中，第二直流偏置電壓源(Vctrl_2)連接第二MOS管(T2)的柵極，通過控制第二MOS管(T2)的柵極電壓大小來控制第二MOS管(T2)的開啟和關斷，從而控制接收電路的開啟和關斷；第四電阻(R4)與第二 MOS管(T2)的柵極相連，起到隔離射頻信號的作用；第四MOS管(T4)與第一直流偏置電壓源(Vctrl_l)相連，其開關狀態(tài)與第二 MOS管(T2)相反，用來改善接收電路的隔離度性能；第六電阻(R6)連接第三MOS管(T3)的柵極和第二直流偏置電壓源(Vctrl_2)，起到隔離射頻信號的作用。
5.根據(jù)權利要求1所述的II1-V族MOSFET器件的射頻開關電路，其特征在于，所述靜電保護電路包括兩個相同的電路部分，其中一個電路部分包括漏極源極互相串聯(lián)的第十一MOS管(Tll)和第十二 MOS管(T12)，第十一 MOS管(Tll)的柵極與第十二 MOS管(T12)的柵極都與第十一 MOS管(Tll)的漏極和第十二 MOS管(T12)的源極相連，第十二 MOS管的漏極與第一直流偏置電壓源(Vctrl_l)相連；其中另一個電路部分包括漏極源極互相串聯(lián)的第十三MOS管(T13)和第十四MOS管(T14)，第十三MOS管(T13)的柵極與第十四MOS管(T14)的柵極都與第十三MOS管(T13)的漏極和第十四MOS管(T14)的源極相連，第十四MOS管(T14)的漏極與第二直流偏置電壓源(Vctrl_2)相連。
6.根據(jù)權利要求1所述的II1-V族MOSFET器件的射頻開關電路，其特征在于，所述自升壓電路中包括第一升壓電路部分和第二升壓電路部分，第一升壓電路部分和第二升壓電路部分相互對稱。
7.根據(jù)權利要求1所述的II1-V族MOSFET器件的射頻開關電路，其特征在于，所述第一升壓電路部分包括漏極與直流控制電壓源(Vctrl_l)連接的晶體管(17)，漏極與晶體管(T7)源極連接的晶體管(T6)，連接晶體管(T6)柵極與地的電阻(R7)，連接晶體管(T6)柵極與晶體管(T5)源極的電感(LI)，連接直流控制電源(Vctrl_l)與晶體管(T5)漏極的電感(L2)，連接電感(L2)與電阻(R3)的二極管(Dl)，并聯(lián)接地的電容(Cl)； 其中，第一電容(Cl)與第一 MOS管(Tl)的柵極和第一二極管(Dl)連接，起到儲存電能提供額外電壓的作用；第二電感(L2)連接第一直流偏置電壓源(Vctrl_l)，提供電能經過第一二極管(Dl)存儲到第一電容(Cl)中；第七MOS管(T7)的柵極和漏極連接第一直流偏置電壓源(Vctrl_l)，處于常導通狀態(tài)，在第六MOS管(T6)也導通的條件下起到分壓的作用，而在第六MOS管(T6)關斷時僅作為直流通路；第六MOS管(T6)的柵極連接第一電感(LI)，柵電壓受第五MOS管(T5)的開啟與關斷狀態(tài)控制；當?shù)谖錗OS管(T5)開啟時，第六MOS管(T6)也開啟，使得第一直流偏置電壓源(Vctrl_l)經過第六MOS管(T6)和第七MOS管(T7)接地，進而使第五MOS管(T5)的柵電壓下降至第一直流偏置電壓源(Vctrl_l)的一半附近，令第五MOS管(T5)關斷，又使得第六MOS管(T6)關斷，回到電路的初始狀態(tài)；其中第一電感(LI)起到延遲作用。
8.根據(jù)權利要求1所述的II1-V族MOSFET器件的射頻開關電路，其特征在于，所述第二升壓電路部分包括漏極與直流控制電壓源(Vctrl_2)連接的晶體管(T9)，漏極與晶體管(T9)源極連接的晶體管(TlO)，連接晶體管(TlO)柵極與地的電阻(R8)，連接晶體管(TlO)柵極與晶體管(T8)源極的電感(L3)，連接直流控制電源(Vctrl_2)與晶體管(T8)漏極的電感(L4)，連接電感(L4)與電阻(R4)的二極管(D2)，并聯(lián)接地的電容(C2)； 其中，第二電容(C2)與第二 MOS管(T2)的柵極和第二二極管(D2)連接，起到儲存電能提供額外電壓的作用；第四電感(L4)連接第二直流偏置電壓源(Vctrl_2)，提供電能經過第二二極管(D2)存儲到第二電容(C2)中；第九MOS管(T9)的柵極和漏極連接第二直流偏置電壓源(Vctrl_2)，處于常導通狀態(tài)，在第十MOS管(TlO)也導通的條件下起到分壓的作用，而在第十MOS管(TlO)關斷時僅作為直流通路；第十MOS管(TlO)的柵極連接第三電感(L3)，柵電壓受第八MOS管(T8)的開啟與關斷狀態(tài)控制；當?shù)诎薓OS管(T8)開啟時，第十MOS管(TlO)也開啟，使得第二直流偏置電壓源(Vctrl_2)經過第十MOS管(TlO)和第九MOS管(T9)接地，進而使第八MOS管(T8)的柵電壓下降至第二直流偏置電壓源(Vctrl_2)的一半附近，令第八MOS管(T8)關斷，又使得第十MOS管(TlO)關斷，回到電路的初始狀態(tài)；其中第三電感(L3)起到延遲作·用。
【文檔編號】H03K17/687GK103595385SQ201310607972
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月25日 優(yōu)先權日:2013年11月25日
【發(fā)明者】劉洪剛, 楊靖治, ?；|, 劉桂明 申請人:中國科學院微電子研究所