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一种采用SOI CMOS工艺的0.5-3GHz SP4T改进型体端自偏置射频开关

2020-10-27

近些年来,无线通信技术的发展取得了令人瞩目的成果,随着通信终端趋向于多功能化,单一通信设备往往需要兼容多种通信标准,同时由于通信设备趋向于小型化,集成多种功能的射频前端模组被广泛应用于移动通信设备中。而作为射频前端模组中重要的电路模块,射频开关主要用于控制射频信号的传输路径,对于射频前端模组乃至整个通信系统功能的实现具有十分关键的作用。

射频开关电路的主要性能指标包括插入损耗、隔离度、线性度(主要是0.1 dB压缩点和谐波性能)等。由于同一工艺下场效应晶体管的品质因数Ron * Coff不随晶体管尺寸变化,射频开关电路的插入损耗与隔离度之间存在折衷关系。而随着CMOS工艺特征尺寸的不断缩小,晶体管的击穿电压不断下降,如何增强射频开关电路的大信号处理能力成为一个亟待解决的问题。基于以上原因,高性能射频开关电路的设计成为了目前射频电路设计领域的一个重难点。

针对射频接收前端模组中射频开关电路的低损耗、高线性度等要求,中国科学技术大学林福江教授课题组提出了一种体端自偏置SP4T宽带射频开关,开关晶体管的体偏置方式采用二极管连接,实现了体端电压的动态自偏置,简化了控制电路的结构,同时通过晶体管堆叠串联分压、引入负压偏置等措施改善电路线性度。此外还设计了基于负压产生电路的控制器电路。该射频开关电路采用 GF 130-nm SOI CMOS 工艺设计并进行了流片和板上测试。

本文所提出的体端自偏置 SP4T 宽带射频开关具有低损耗、高线性度等特点,可用作GSM/WCDMA/LTE通信系统中射频前端模组的天线开关。

图1. 本文所提出的射频开关电路的整体架构。

图2. 本文所提出的射频开关电路的控制器电路示意图。

A 0.5–3.0 GHz SP4T RF switch with improved body self-biasing technique in 130-nm SOI CMOS

Hao Zhang, Qiangsheng Cui, Xu Yan, Jiahui Shi, Fujiang Lin

J. Semicond. 2020, 41(10): 102404

doi: 10.1088/1674-4926/41/10/102404

Full Text: http://www.jos.ac.cn/article/doi/10.1088/1674-4926/41/10/102404?pageType=en



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