用于rf開關優(yōu)化的本體偏置的制作方法
【專利說明】用于RF開關優(yōu)化的本體偏置
[0001]相關串請的交叉引用
[0002]本申請涉及于2014年2月18日提交并且主題為“開關控制(Switch Controls)”的美國專利申請序列號14/183，215，在此通過引用的方式將其并入本文。
技術領域
[0003]本發(fā)明總體涉及RF電路，并且更特別地涉及可用于激勵和去激勵RF路徑的開關，包括在多個傳輸路徑之間切換天線，以及其他應用。
【背景技術】
[0004]圖1示出了耦合至天線110的現(xiàn)有技術RF電路100。電路100包括許多傳輸路徑120以及將天線110耦合至數(shù)個傳輸路徑120的天線開關130。每個傳輸路徑120包括通過開關160交替地連接至天線開關130的功率放大器140和接收器放大器150。在天線開關130內(nèi)，每個傳輸路徑120可切換地通過串聯(lián)開關170而耦合至天線110，并且可選地也通過并聯(lián)開關180可切換地耦合接地。
[0005]如圖1中所示，當一個傳輸路徑120耦合至天線110(所述處于導通(ON)模式)時，用于該傳輸路徑120的串聯(lián)開關170閉合，而并聯(lián)開關180斷開，然而開關170、180對于所有其他傳輸路徑120反轉(關斷(OFF)模式)。雖然天線開關130將僅利用串聯(lián)開關170進行工作，但是并聯(lián)開關180的添加通過將并未使用的傳輸路徑120接地而提供了更好的隔離。
[0006]圖2示出了適合用作開關170、180的現(xiàn)有技術開關200。開關200包括許多源極至漏極串聯(lián)布置的串聯(lián)晶體管210。開關200內(nèi)串聯(lián)晶體管210的集合有時稱作堆疊。梯形電阻器220與多個晶體管210中的每個相關聯(lián)，梯形電阻器220對于給定的晶體管210并聯(lián)連接在該晶體管210的源極和漏極之間。多個晶體管210的柵極通過包括共用控制線230和多個電阻器240的偏置網(wǎng)絡一起控制，其中每個晶體管210通過一個電阻器240連接至共用控制線230。
[0007]當開關200關斷(OFF模式)時，晶體管210的源極和漏極之間的總電容由源極至柵極、漏極至柵極、源極至溝道、以及漏極至溝道電容組成。當開關在OFF模式時堆疊的電容(Coff)為單個晶體管210的電容除以堆疊中晶體管210的數(shù)目。當開關導通(0N模式)時，堆疊的電阻為Ron，晶體管210的單個電阻的總和。Ron和Coff的乘積產(chǎn)生了品質因數(shù)(Ron^Coff)，其代表開關的RF性能。Ron*Coff數(shù)值越低，開關200的性能越好。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本發(fā)明的示例性開關包括兩個偏置網(wǎng)絡以及串聯(lián)布置的多個晶體管，多個晶體管的每個晶體管包括源極、漏極、布置在它們之間的溝道、以及用于控制溝道的柵極。在各個實施例中，開關限定在CMOS中和/或開關限定在絕緣體上硅裸片上。開關可以是RF裝置的部件，除了在本文中所述的開關之外，RF裝置還包括多個功率放大器和天線。在這些實施例中，在本文中所述的開關可以是在天線開關內(nèi)的串聯(lián)開關，其中天線開關被配置為一次將多個功率放大器中的一個耦合至天線。在這些實施例中，天線開關包括用于每個功率放大器的一個這種串聯(lián)開關。
[0009]示例性開關的兩個偏置網(wǎng)絡之中，第一偏置網(wǎng)絡被配置為偏置多個晶體管的柵極，而第二偏置網(wǎng)絡被配置為偏置多個晶體管的本體或者至少溝道。在其他實施例中，開關進一步包括被配置為提供可變偏置電壓的DC控制電路，以及第一和第二偏置網(wǎng)絡被配置為從DC控制電路接收相同的可變偏置電壓。例如，DC控制電路可以提供從+2.5V至-2.5V變化的可變偏置電壓，并且相同的電壓提供至兩個偏置網(wǎng)絡。對于每個晶體管，各個實施例進一步包括并聯(lián)連接在晶體管的源極和漏極之間的梯形電阻器。
[0010]第二偏置網(wǎng)絡可選地包括用于多個晶體管的每個晶體管的電阻器，其中電阻器串聯(lián)設置，其中每個電阻器具有近端和遠端，其中每個電阻器的每個遠端與節(jié)點相關聯(lián)，以及其中每個所述節(jié)點對了對應晶體管的溝道進行偏置。第二偏置網(wǎng)絡可選地也可以包括布置在DC控制電路與晶體管的溝道之間的第一二極管。在包括了第一正向偏置二極管的實施例中，第二偏置網(wǎng)絡可以進一步包括與第一二極管串聯(lián)的第二和第三二極管，第二和第三二極管也被正向偏置。在包括第一正向偏置二極管的另外其他實施例中，第二偏置網(wǎng)絡可以進一步包括與第一二極管并聯(lián)設置的第二二極管，第二二極管被反向偏置。
【附圖說明】
[0011]圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術的RF收發(fā)器的示意圖。
[0012]圖2是可用作圖1的結構內(nèi)的天線開關的一部分的現(xiàn)有技術開關的示意圖。
[0013]圖3是根據(jù)本發(fā)明各個實施例的開關的示意圖。
[0014]圖4A和圖4B是根據(jù)本發(fā)明各個實施例的被配置為允許其溝道被偏置的晶體管的彼此正交的剖視圖。
【具體實施方式】
[0015]本發(fā)明描述了例如用于諸如移相器、步進衰減器之類的RF應用中的開關，以及用作天線開關130中的串聯(lián)開關170和并聯(lián)開關180。本發(fā)明的開關與現(xiàn)有技術的開關相比提供了更好的性能，如由改進的Ron*Coff所表示。通過降低ON模式下堆疊電阻并且可選地也通過降低OFF模式下堆疊電容而實現(xiàn)了改進，均通過偏置堆疊的晶體管的本體而實現(xiàn)。
[0016]圖3不出了本發(fā)明的不例性開關300。開關300包括串聯(lián)設置的多個晶體管210，多個晶體管中的每個晶體管210包括源極、漏極、布置在源極和漏極之間的溝道、以及用于控制溝道的柵極。以下在圖4A和圖4B中提供單個晶體管210的剖視圖。開關300也包括被配置為偏置多個晶體管210的柵極的第一偏置網(wǎng)絡(未示出)。示例性第一偏置網(wǎng)絡如圖2所示，并且其他合適的偏置網(wǎng)絡示例由如上所述美國專利申請序列號14/183，215提供。
[0017]開關300進一步包括被配置為動態(tài)地偏置多個晶體管210的本體的第二偏置網(wǎng)絡310，其中晶體管210的本體包括其溝道。應該理解的是，第一偏置網(wǎng)絡和第二偏置網(wǎng)絡310是單獨的網(wǎng)絡，盡管它們可以在一些實施例中從相同的源接收相同的控制電壓。也應該理解的是，偏置柵極和偏置本體也是單獨的動作，其在晶體管210中取得了不同的效果。能夠改變施加至晶體管210溝道的偏置，這允許在ON模式下較低的堆疊電阻(Ron)以用于改進的Ron*Coff，并且因此允許開關300的更好性能?？蛇x地，第二偏置網(wǎng)絡310也可以用于降低OFF模式下堆疊電容(CofT)，進一步改進了開關300的性能。
[0018]在各個實施例中，開關300包括DC (直流)控制電路320，其是被配置為產(chǎn)生通過第二偏置網(wǎng)絡310施加至晶體管210本體的可變偏置電壓的電壓源。在這些實施例的一些中，相同的DC控制電路320也提供相同的偏置電壓至第一偏置網(wǎng)絡以導通和關斷開關300。盡管未示出，應該知曉的是，DC控制電路320可以替代為兩個DC控制電路，一個產(chǎn)生正偏置而一個產(chǎn)生負偏置。
[0019]在各個實施例中，第二偏置網(wǎng)絡310包括用于每個晶體管210的串聯(lián)連接的電阻器330。電阻器330不同于開關200的梯形電阻器220 (圖2)。每個電阻器330包括最靠近DC控制電路320的近端和以及最遠離DC控制電路320的遠端，并且在每個晶體管330的遠端處的節(jié)點偏置了如圖3中所示對應晶體管210的溝道。每個電阻器330用于保持對應的晶體管210浮置。注意的是，實質上沒有電流在第二偏置網(wǎng)絡310中流動，因此，每個電阻器330兩端的電壓降是可忽略的，并且施加至每個晶體管210的每個本體的偏置電壓有效地是相同的。
[0020]圖4A和圖4B是根據(jù)本發(fā)明各個實施例的被配置為允許其溝道被偏轉的晶體管210的彼此正交的剖視圖。在圖4A的剖視圖中，溝道405在諸如硅的半導體材料420中限定在源極410和漏極415之間。柵極425通過電介質層430與溝道405絕緣。柵極425控制了溝道405。在所示的示例中，晶體管210構建在絕緣體上硅(SOI)襯底上，其中半導體材料420通過絕緣體層440與體襯底435分隔。
[0021]沿著垂直虛線穿過圖4A獲得圖4B。從該透視圖可見，半導體材料420包括與溝道405相