在射頻設備中的集成CMOS發送/接收開關的制作方法

相關申請的交叉引用

與本申請一起提交的申請數據表中標識了對其的外國或國內優先權主張的任何和所有申請通過37cfr1.57下的引用被合并于此。

背景技術：

領域

本發明的實施例涉及電子系統，并且具體涉及提供與一個或多個功率放大器和/或其他組件集成的發送/接收開關的射頻(rf)系統。

相關技術說明

功率放大器可被包含在移動設備中，以放大射頻(rf)信號，以便通過天線發送。例如，在具有時分多址(tdma)架構和頻分多址(fdma)的移動設備中，例如在全球移動通信系統(gsm)、碼分多址(cdma)和寬帶碼分多址(w-cdma)系統中的發現的那些移動設備中，功率放大器可被用于在所分配的發送時隙期間提供放大。此外，在使用頻分雙工(fdd)的移動設備中，例如在使用長期演進(lte)的系統中，功率放大器可被用于向一個或多個發送載波頻率提供放大。

為了滿足操作規范，移動電話和其他rf設備中的功率放大器通常被設計為產生相對較大的輸出信號和對應的功率電平。這在歷史上使得將功率放大器與其他組件集成變得困難。

技術實現要素：

根據本公開的某些方面，提供了包括功率放大器的互補金屬氧化物半導體(cmos)裸芯。功率放大器包含具有初級繞組和次級繞組的變壓器。功率放大器可以被配置為在發送模式中，以放大在初級繞組上所接收的射頻(rf)發送信號并且在次級繞組的天線側上提供所放大的rf發送信號。功率放大器還可以被配置為在接收模式中，以將rf接收信號從次級繞組的天線側發送到次級繞組的接收側。cmos裸芯還可以包含在次級繞組的接收側和裸芯的接合焊盤(pad)之間的發送/接收開關。可以使用例如傳統的體(bulk)cmos工藝(例如，不使用絕緣體上半導體[soi]工藝技術)形成cmos裸芯。

在發送模式中，發送/接收開關可以被配置為閉合，產生從次級繞組的接收側到接合焊盤的低阻抗路徑。在接收模式中，發送/接收開關可以被配置為斷開，產生從次級繞組的接收側到接合焊盤的高阻抗路徑。

cmos裸芯還可以還包括與次級繞組的接收側電連通的接收端口。開關可以包含與次級繞組的接收側電連通的第一端子、與接合焊盤電連通的第二端子以及接收發送/接收控制信號的控制輸入。例如，發送/接收開關可以是單個晶體管。

cmos裸芯還可以包括被放置在開關和接合焊盤之間的補償電路。補償電路可以被配置為在發送模式中改善接收端口與rf發送信號的隔離。例如，補償電路可以包含電容器。補償電路可以抵消位于接合焊盤和開關之間的路徑中的接合線的電抗。

各種實現是可能的。例如，接合焊盤可以連接到地參考。此外，功率放大器可以包含被連接到初級繞組的多個放大器驅動器級。

在一些實現方式中，初級繞組接收一組偏置信號，這組偏置信號在發送模式具有第一組值以將初級繞組偏置在第一狀態，并且在接收模式中具有第二組值以將初級繞組偏置在第二狀態，在第二狀態中初級繞組和次級繞組的中心頻率之間的差大于當初級繞組被偏置在第一狀態時初級繞組和次級繞組的中心頻率之間的差。

功率放大器可以是分布式有源變壓器型功率放大器。在一些配置中，次級繞組的幾何形狀大致與初級繞組的幾何形狀相匹配。例如，在一些實現方式中，初級繞組具有大致符合次級繞組的內部邊界的內繞組和大致符合次級繞組的外部邊界的外繞組。

根據本公開的另外的方面，提供了一種包括射頻(rf)天線和半導體裸芯的無線設備。半導體裸芯可以具有功率放大器，該功率放大器包含具有初級繞組和次級繞組的變壓器。功率放大器可以被配置為在發送模式中以放大在初級繞組上所接收的rf發送信號并且在次級繞組的天線側上提供所放大的rf發送信號。功率放大器還可以被配置為在接收模式中以將rf接收信號從次級繞組的天線側發送到次級繞組的接收側。裸芯還可以包含在次級繞組的接收側和裸芯的接合焊盤之間的發送/接收開關。

在發送模式中，發送/接收開關可以被配置為閉合，產生從次級繞組的接收側到接合焊盤的低阻抗路徑，以及在接收模式中，發送/接收開關被配置為斷開，產生從次級繞組的接收側到接合焊盤的高阻抗路徑。

在一些實現方式中，半導體裸芯是互補金屬氧化物半導體(cmos)裸芯。例如，可以使用傳統的體cmos工藝(例如，不使用soi工藝技術)形成cmos裸芯。

根據另外的方面，提供了一種操作射頻(rf)設備的方法。該方法可以包括，當rf設備在rf發送模式中時：向被包含在半導體裸芯上的功率放大器的初級繞組提供rf發送信號；用功率放大器放大rf發送信號，以在功率放大器的次級繞組的天線側上提供rf發送信號的放大版本；以及控制位于裸芯上、在次級繞組的接收側和裸芯的接合焊盤之間的發送/接收開關，以產生從次級繞組的天線側到接合焊盤的低阻抗路徑。例如，可以使用傳統的體cmos工藝(例如，不使用soi工藝技術)形成裸芯。

低阻抗路徑的產生可以導致裸芯的rf接收端口與rf發送信號的改善的隔離。

該方法還可以包括，當rf設備是rf接收模式時：在次級繞組的天線側上接收rf接收信號；以及控制發送/接收開關以在次級繞組的接收側和接合焊盤之間產生高阻抗路徑。

根據本公開的另外的方面，提供了一種射頻(rf)設備，其包括天線和被配置為處理由天線檢測到的rf接收信號的接收路徑。rf設備還可以包括位于接收路徑中的節點和參考電壓之間的開關，使得當在rf發送模式中開關導通時，開關產生所述節點與參考電壓之間的低阻抗路徑，并且當在rf接收模式中開關關斷時，開關產生到參考電壓的高阻抗路徑。rf設備還可以包括在從開關延伸到參考電壓的路徑中與開關串聯連接的補償電路。當在rf發送模式中開關閉合時，補償電路可以進行動作以限制存在于接收路徑中的所述節點處的電壓擺幅。

例如，補償電路可以包含例如電容器。補償電路可以抵消位于開關和參考電壓之間的路徑中的接合線的電抗。

rf設備還可以包含功率放大器，其中，開關、補償電路和所述功率放大器被一起集成在具有所述功率放大器的半導體裸芯上。補償電路可以位于所述半導體裸芯上、在開關的第一端子和半導體裸芯的接合焊盤之間。在一些配置中，接收路徑中的所述節點被電耦合到開關的第二端子和半導體裸芯的接收端口。在一些實現方式中，當rf設備在rf發送模式中時，功率放大器輸出所放大的rf發送信號以便傳送到天線。當rf設備在rf發送模式中時，補償電路可以改善接收路徑與rf發送信號之間的隔離。可以使用傳統的體cmos工藝(例如，不使用soi工藝技術)形成裸芯。

功率放大器可以是包含初級繞組和次級繞組的基于分布式有源變壓器的功率放大器，例如其中次級繞組大致可以與初級繞組的幾何形狀相匹配。初級繞組可以具有大致符合次級繞組的內部邊界的內繞組和大致符合次級繞組的外部邊界的外繞組。初級繞組可以接收一組偏置信號，這組偏置信號在rf發送模式中具有第一組值以將初級繞組偏置在第一狀態，并且在rf接收模式中具有第二組值以將初級繞組偏置在第二狀態，在第二狀態中初級繞組和次級繞組相對于彼此失諧。

根據本公開的某些方面，提供了包括被配置為輸出rf發送信號的功率放大器和被配置為傳送(communicate)和處理rf接收信號的接收路徑的半導體裸芯。半導體裸芯還可以包含位于接收路徑中的節點和半導體裸芯的焊盤之間的開關。當在rf發送模式中開關導通時，開關可以產生節點與焊盤之間的低阻抗路徑，并且當在rf接收模式中開關關斷時，開關可以產生到焊盤的高阻抗路徑。半導體裸芯還可以包含在從開關延伸到焊盤的路徑中與開關串聯連接的補償電路。當在rf發送模式中開關閉合時，補償電路可以進行動作以限制存在于接收路徑中的所述節點處的電壓擺幅。可以使用傳統的體cmos工藝(例如，不使用soi工藝技術)形成裸芯。

功率放大器可以是包含初級繞組和次級繞組的基于分布式有源變壓器的功率放大器，例如其中次級繞組的幾何形狀大致與初級繞組的幾何形狀相匹配。初級繞組可以具有大致符合次級繞組的內部邊界的內繞組和大致符合次級繞組的外部邊界的外繞組。

在一些配置中，補償電路可以包含電容器，例如其中補償電路抵消位于開關和焊盤之間的路徑中的接合線的電抗。

根據本公開的另外的方面，提供了一種操作射頻(rf)設備的方法，其中包括，當rf設備在rf發送模式中時：向rf設備的功率放大器提供rf發送信號；用功率放大器放大rf發送信號，以提供rf發送信號的放大版本；以及控制發送/接收開關以產生從rf設備的接收路徑中的所述節點到參考電壓的低阻抗路徑。該方法還可以包括使用位于開關和參考電壓之間的補償電路，限制由于rf發送信號的泄漏而在接收路徑中的所述節點處存在的電壓擺幅。

補償電路可以包含電容器，并且可以通過抵消開關和參考電壓之間的路徑中的線路的電抗限制所述電壓擺幅。

根據本公開的一些方面，提供了一種射頻(rf)設備。rf設備可以包括具有初級繞組和次級繞組的功率放大器，其中功率放大器被配置為在發送模式中以放大在初級繞組上所接收的rf發送信號并且在次級繞組上提供所放大的rf發送信號。rf設備還可以包括控制器，該控制器被配置為當rf設備在發送模式中時將初級繞組偏置在第一狀態，以及當rf設備在接收模式中時將初級繞組偏置在第二狀態，在第二狀態中初級繞組和次級繞組的中心頻率之間的差明顯大于當初級繞組被偏置在第一狀態時初級繞組和次級繞組的中心頻率之間的差。

rf設備還可以包括被耦合到次級繞組的接收側的發送/接收開關。功率放大器和開關可以一起位于互補金屬氧化物半導體(cmos)裸芯上。開關可以被配置為在發送模式中閉合從而產生從次級繞組的接收側到裸芯的接合焊盤的低阻抗路徑，以及開關還被配置為在接收模式中關斷從而產生從次級繞組的接收側到接合焊盤的高阻抗路徑。在一些實現方式中，cmos裸芯還包含與次級繞組的接收側電連通的接收端口。開關可以包含與次級繞組的接收側電連通的第一端子、與接合焊盤電連通的第二端子和接收發送/接收開關控制信號的控制輸入。在一些配置中，開關可以包含單個晶體管。可以使用傳統的體cmos工藝(例如，不使用soi工藝技術)形成cmos裸芯。

rf設備還可以包括被放置在開關和接合焊盤之間、并被配置為在發送模式中改善接收端口與rf發送信號的隔離的補償電路。例如，補償電路可以包含電容器，并且可以抵消位于接合焊盤和開關之間的路徑中的接合線的電抗。

在某些情況下，接合焊盤可以是地接合焊盤。功率放大器可以包含被連接到初級繞組的多個放大器驅動器級，例如其中控制器通過向放大器驅動器級中的晶體管施加偏壓電壓電平偏置初級繞組。

功率放大器可以是分布式有源變壓器型功率放大器，例如，其中次級繞組的幾何形狀大致與初級繞組的幾何形狀相匹配。初級繞組可以具有大致符合次級繞組的內部邊界的內繞組和大致符合次級繞組的外部邊界的外繞組。

根據本公開的另外的方面，提供了一種操作無線設備的方法。該方法可以包括響應于無線設備進入接收模式，將無線設備的功率放大器的初級繞組偏置在第一狀態。該方法還可以包括響應于無線設備進入發送模式，將初級繞組偏置在第二狀態，第二狀態導致從初級繞組到次級繞組的能量傳遞明顯小于當初級繞組被偏置在第一狀態時從初級繞組到次級繞組的能量傳遞。

初級繞組在第一狀態的偏置可以包含向初級繞組的放大器驅動器級中的晶體管施加第一組偏置電壓電平。初級繞組在第二狀態的偏置可以包含向初級繞組的放大器驅動器級中的晶體管施加第二組偏置電壓電平。

附圖說明

圖1是無線設備的示例的示意框圖。

圖2是可被包含在圖1的無線設備中并且可以一起集成在與一個或多個功率放大器相同的裸芯上的發送/接收開關的示意圖。

圖3是包含被集成在具有發送/接收開關的單個裸芯上的分布式有源變壓器(dat)功率放大器的無線設備的一部分的示意圖。

圖4是具有與發送/接收開關一起被集成在互補金屬氧化物半導體(cmos)裸芯上的基于變壓器的功率放大器的無線設備的一部分的實施例的示意圖。

圖5是示出被連接到發送/接收開關的dat功率放大器的另一個實施例的示意圖。

圖6是示出用于dat功率放大器的示例偏置配置的示意圖。

圖7是示出通過圖6所示的偏置配置實現的初級繞組和次級繞組的失諧的曲線圖。

圖8a-8b是示出包含補償電路以在信號發送期間改善接收路徑和發送路徑的隔離的功率放大器配置的示例的示意圖。

圖9是示出包含具有和不具有補償電路的圖8a-8b的功率放大器配置的無線設備的發送/接收隔離的曲線圖。

圖10是包含補償電路的無線設備的一個實施例的一部分的示意圖。

具體實施方式

這里所提供的標題(如果有的話)僅為方便起見，并不一定影響所要求保護的發明的范圍或意義。

希望通過使用互補金屬氧化物半導體(cmos)工藝制造功率放大器電路來減少功率放大器系統的成本。例如，傳統的cmos工藝技術可以比在許多現有系統中所使用的絕緣體上的半導體(soi)技術更具成本效益。然而，使用傳統的cmos工藝制造功率放大器可能是具有挑戰性的。例如，一些設計提供了較差的功率放大器線性以及在高功率電平下另外不期望的性能。例如，與使用soi技術構建的功率放大器相比，這里所描述的一些cmos功率放大器包含分布式有源變壓器(dat)架構，該架構解決了這些挑戰中的一些挑戰，提供了相對良好的性能和減少的成本。例如，可以使用包含傳統襯底的體cmos工藝而不是使用soi襯底和工藝來構建dat或其他基于變壓器的功率放大器。

dat功率放大器通常可以包含具有以大致圓形、矩形或其他適當的幾何形狀互連的多個功率放大器的有源變壓器的初級繞組。大致可以匹配初級繞組的幾何形狀的次級繞組可以用于高效地組合各個功率放大器的功率。可以在2004年5月18日授權的、名稱為“分布式圓形幾何形狀的功率放大器架構”的美國專利no.6,737,948(“‘948專利”)中找到dat變壓器的示例。可以在2006年8月22日授權的、名稱為“用于功率放大器驅動器的電源電路”的美國專利no.7,095,283(“‘283專利”)中可以找到包含具有被設置在兩個初級繞組之間的次級繞組的dat變壓器的dat變壓器的附加示例。‘948專利”和‘283專利通過引用被合并于此，并構成本公開的一部分。具體地，在‘948專利”和‘283專利中所描述的功率放大器與這里所描述的實施例的組件是兼容的和/或是這里所描述的實施例的組件。

通常在分開的裸芯上實現rf前端中的傳統的功率放大器和發送/接收開關。作為示例，經常在砷化鎵(gaas)裸芯上用異質結晶體管(hbt)實現功率放大器，而在實現偽晶體高電子遷移率轉移(phemt)半導體技術的分開的裸芯上實現發送/接收開關。

本公開的某些方面通過將功率放大器和發送/接收開關集成到單個裸芯上獲得rf前端中更高水平的集成。例如，根據某些實施例，將發送/接收開關和dat功率放大器集成到單個cmos裸芯(例如，使用傳統的硅襯底工藝構建的cmos裸芯)上。在某些實施例中，單個cmos裸芯包含調諧的基于dat的功率放大器，其中發送/接收開關被放置在dat的次級繞組的地或接收側。在發送模式中，開關是激活的。因為它位于變壓器的地或接收側，所以可以將開關兩端的電壓擺幅保持較小，并且可以減少高電壓下的可靠性問題及諧波產生的顧慮。在接收模式中，開關是被去激活的，并且dat的次級繞組可以提供到接收器的低損耗路徑。開關可以通過單個cmos晶體管(例如，單個nmos晶體管)實現，其中柵極電壓控制所述設備是處于發送模式還是接收模式，盡管在其他實施例中可以使用更多的晶體管。

在發送頻帶和接收頻帶之間的頻率分離相對較小的情況下，可能難以在發送頻帶和接收頻帶之間保持隔離。根據某些實施例，可以基于放大器是處于發送模式還是接收模式調諧dat的基于變壓器的匹配網絡。例如，dat可以包含失諧電路或功能，在接收模式中該失諧電路或功能減少了變壓器的耦合系數，使得變壓器的次級主要作為電感出現，從而減少了通過耦合導致的到初級的信號損耗。在一個實施例中，系統調整變壓器的偏置電平以實現失諧功能。

當rf前端正在發送時，相對較高的發送功率可能泄漏到接收端口，這可能損害包含表面聲波(saw)濾波器和低噪聲放大器(lna)的組件。為了解決這些挑戰，某些其他實施例通過包括可包含電容的、裸芯上的補償電路來改善發送/接收隔離。補償電路有助于將接收端口處的進入功率保持在可接受的功率電平(例如，當功率放大器正在發送+35dbm時，低于+10至+13分貝-毫瓦[dbm]之間)，從而避免或最小化對前端組件的損害風險。例如，可以遠離dat的次級繞組而在接收路徑中串聯放置補償電容器，以通過消除或減少接合線電抗來減小一個或多個接收端口上的擺幅。例如，可以與和功率放大器一起被集成在cmos裸芯上的集成的發送/接收開關串聯放置電容器。

圖1是示例性無線或移動設備11的示意框圖。圖1中所描繪的示例無線設備11可以表示多頻帶和/或多模式設備，例如多頻帶/多模式移動電話。通過示例，全球移動通信系統(gsm)標準是在世界許多地方使用的數字蜂窩通信模式。gsm模式的移動電話可以在四個頻帶中的一個或多個頻帶操作：850兆赫茲(mhz)(大約地，tx為824-849mhz，rx為869-894mhz)、900mhz(大約地，tx為880-915mhz，rx為925-960mhz)、1800mhz(大約地，tx為1710-1785mhz，rx為1805-1880mhz)和1900mhz(大約地，tx為1850-1910mhz，rx為1930-1990mhz)。gsm頻帶的變化和/或區域/國家實現方式在世界的不同地方也被使用。

碼分多址(cdma)是可以在移動電話設備中實現的另一個標準。在某些實現方式中，cdma設備可以在800mhz、900mhz、1800mhz和1900mhz頻帶中的一個或多個頻帶中操作，而某些w-cdma設備和長期演進(lte)設備可以在例如22個或更多個無線頻譜頻帶上操作。

可以在前述示例模式和/或頻帶以及其它通信標準中實現本公開的一個或多個特征。例如，802.11、2g、3g、4g、lte和增強的lte是這些標準的非限制性示例。為了增加數據速率，無線設備11可以使用諸如64qam信號的復調制信號進行操作。

在某些實現方式中，無線設備11可以包含開關12、收發器13、天線14、功率放大器17、控制組件18、計算機可讀介質19、處理器20、電池21和包絡跟蹤器30，該功率放大器17可以是如這里將要描述的cmosdat功率放大器。

收發器13可以產生rf信號以便通過天線14發送。此外，收發器13可以從天線14接收進入的rf信號。

應當理解，與rf信號的發送和接收相關聯的各種功能可以通過在圖1中共同地被表示為收發器13的一個或多個組件實現。例如，單個組件可以被配置為提供發送和接收功能。在另一示例中，發送功能和接收功能可以由分開的組件提供。例如，一個或多個低噪聲放大器(lna)可以被包含在開關12和收發器13之間的一個或多個rx路徑中，并且可以被配置為放大且以其他方式調整從開關12接收到的一個或多個信號。

類似地，應當理解，與rf信號的發送和接收相關聯的各種天線功能可以通過在圖1中共同地被表示為天線14的一個或多個組件來實現。例如，單個天線可以被配置為提供發送和接收功能。在另一示例中，發送功能和接收功能可以由分開的天線提供。在又一示例中，與無線設備11相關聯的不同頻帶可以被提供不同的天線。

在圖1中，來自收發器13的一個或多個輸出信號被描繪為通過一個或多個發送路徑15被提供給天線14。在所示的示例中，不同的發送路徑15可以表示與不同頻帶和/或不同功率輸出相關聯的輸出路徑。例如，所示的兩個示例功率放大器17可以表示與不同功率輸出配置(例如，低功率輸出和高功率輸出)相關聯的放大、和/或與不同頻帶相關聯的放大。雖然圖1示出了使用兩個發送路徑15和兩個功率放大器17的配置，但是無線設備11可以被適配為包含更多或更少的發送路徑15和/或更多或更少的功率放大器17。

在圖1中，來自天線14的一個或多個檢測到的信號被描繪為通過一個或多個接收路徑16被提供給收發機13。在所示的示例中，不同的接收路徑16可以表示與不同頻帶相關聯的路徑。例如，所示的四個示例路徑16可以表示提供給一些無線設備的四頻帶能力。雖然圖1示出了使用四個接收路徑16的配置，但是無線設備11可以被適配為包含更多或更少的接收路徑16。

為了便于接收路徑和發送路徑之間的切換，開關12可以被配置為將天線14電連接到所選擇的發送路徑或接收路徑。因此，開關12可以包含多個開關和相關聯的組件，該多個開關和相關聯的組件被配置為提供與例如不同頻帶之間的切換、不同功率模式之間的切換、發送模式和接收模式之間的切換或其某種組合相關聯的功能。開關12還可以被配置為提供附加的功能，包含信號的濾波和/或雙工。

圖1示出了在某些實施例中，控制組件18可以被提供用于控制與開關12、功率放大器17、包絡跟蹤器30和/或其他操作組件的操作相關聯的各種控制功能。

在某些實施例中，處理器20可以被配置為促成這里所描述的各種處理的實現。處理器20可以實現各種計算機程序指令。處理器20可以是通用計算機、專用計算機或其他可編程數據處理裝置。

在某些實施例中，這些計算機程序指令也可以被存儲在可引導處理器20以特定方式操作的計算機可讀存儲器19中。

盡管在其他實施例中可以使用其他類型的功率控制器，所示出的無線設備11還包含包絡跟蹤器30，該包絡跟蹤器30可以被用于向一個或多個功率放大器17提供功率放大器電源電壓。例如，包絡跟蹤器30可以被配置為基于要放大的rf信號的包絡改變所提供給功率放大器17的電源電壓。在所示出的實施例中，包絡信號從收發器13被提供給包絡跟蹤器30。然而，其他實現方式是可能的，包括例如包絡信號從基帶處理器或電力管理集成電路(pmic)被提供給包絡跟蹤器30的配置。此外，在某些實現方式中，通過使用任何合適的包絡檢測器檢測rf信號的包絡，可以從rf信號產生包絡信號。

包絡跟蹤器30可以被電連接到電池21，電池21可以是用于在無線設備1中使用的任何合適的電池，包括例如鋰離子電池。如下面將要進一步詳細描述的，通過控制提供給一個或多個功率放大器17的電壓，可以減少從電池21消耗的電力，從而提高無線設備11的電池壽命。在某些配置中，可以使用cmos工藝實現功率放大器17，這可以減少成本和/或增強集成。然而，功率放大器17的其他配置是可能的。例如，可以使用諸如砷化鎵(gaas)工藝的iii-v半導體工藝實現功率放大器17。

在某些配置中，無線設備11可以使用載波聚合操作。載波聚合可以被用于頻分雙工(fdd)和時分雙工(tdd)，并且可以被用于聚合多個載波或信道，例如多達五個載波。載波聚合包含連續聚合，在該連續聚合中，相同操作頻帶內的載波被聚合。載波聚合也可以是非連續的，并且可以包括公共頻帶內或不同頻帶內的在頻率上分離的載波。

圖2示出了開關塊12和天線14的簡化圖。如大波形和小波形所表示的，當無線設備11在發送模式時，開關12將在開關塊的發送端口22上接收到的發送信號從功率放大器17引導到天線14以便無線發送，而期望阻止所有或基本上所有發送信號泄漏到接收路徑中。雖然未示出，在接收模式中，開關12被配置為將從天線接收的信號傳遞到開關塊12的接收端口24，以便最終傳送至接收路徑中的低噪聲放大器(lna)或其他適當的組件。

在一些現有的系統中，開關功能由諸如絕緣體上硅晶體管網絡的soi晶體管網絡實現。然而，由于由功率放大器17提供的信號的大的電壓擺幅，相對大量的晶體管經常被串聯連接以避免擊穿問題。例如，在這樣的系統中，經常使用在與包含功率放大器17的裸芯分開的soi裸芯中所實現的多個串聯連接的晶體管實現所述開關。這可能增加成本，并且串聯連接的晶體管可能增加串聯電阻損耗和對基底的電容損耗。

為了解決這些問題，這里所描述的某些實施例將發送/接收開關連接到基于dat的功率放大器17的次級繞組。圖3描繪了無線設備的一部分25，其示出了天線14、雙工器26、諧波濾波器28、基于dat的功率放大器17以及發送/接收開關32。如圖所示，功率放大器17和發送/接收開關32被一起集成在單個裸芯34上，例如，該裸芯可以是cmos裸芯。雖然為了說明的目的示出為單個開關，發送/接收開關32可以形成圖1的無線設備11的開關塊12中的一些或所有開關。

盡管為了簡單起見被示出為具有單個輸入和輸出端口，但是雙工器26可以包含被連接到諧波濾波器28的多個輸出端口，每個專用于特定的頻帶。在接收模式中，雙工器26可以被配置為從天線14接收信號，從該信號中提取頻帶并在適當的輸出端口上提供。例如，雙工器26可以包含被配置為使接收信號的第一頻帶通過到達第一輸出端口的第一濾波器和被配置為使接收信號的第二頻帶通過到達第二輸出端口的第二濾波器。在發送模式中，雙工器26可以被配置為使從激活的發送頻帶接收的發送信號通過并輸出該信號到天線14。

諧波濾波器28可以被配置為根據設備11處于發送模式還是接收模式，抑制發送信號中的不希望的諧波。

所示實施例中的功率放大器17是基于dat的功率放大器。功率放大器17包含變壓器的初級繞組(未示出)和次級繞組36。如圖所示，諧波濾波器28被耦合到形成功率放大器17的輸出的、基于dat的功率放大器17的次級繞組36的天線側或天線端38。例如，諧波濾波器28可以通過裸芯34的接合線連接到次級繞組36的天線側38。

如圖所示，當設備11處于發送模式時，向功率放大器17的初級繞組提供發送輸入信號(txin)。功率放大器17通過電感變壓器功能放大輸入信號，并在次級繞組36的天線側38上輸出發送信號的所放大版本。發送信號被傳遞到諧波濾波器28，以便通過天線14最終發送。如通過相對較大波形的描繪所示，當設備11處于發送模式時，在功率放大器17的輸出上可以存在相對較大的電壓擺幅。

如圖所示，次級繞組36的接收側或接收端耦合到裸芯34的接收端口。當設備11處于接收模式時，通過天線14所接收的信號由雙工器26和諧波濾波器28處理，并從次級繞組36的天線側38傳送到次級繞組36的接收側40。信號通過接收端口42從裸芯34發送出，例如發送到lna然后到收發器13以便后續處理。

裸芯34包含在功率放大器17的次級繞組36的接收側40與參考電壓或地44之間的發送/接收開關32。發送/接收開關32由單個晶體管46形成，其在所示實施例中是nmos場效應晶體管(fet)。然而，可以使用更多的晶體管和/或不同類型的晶體管。在發送模式中，將晶體管46的閾值電壓以上的電壓信號施加到晶體管46的柵極，從而將晶體管46置于“導通”狀態。這產生了從次級繞組36的接收側40到地44的低阻抗路徑。因此，如接收端口42處的相對小的波形的圖形描繪所示，存在裸芯34的接收端口42和接收路徑中的后續組件(例如lna)看到的相對較小的信號擺幅。以這種方式，當設備11正在發送時，開關32隔離并保護接收路徑中的lna和其他組件免受損害。另一方面，在接收模式中，將晶體管46的閾值以下的電壓信號施加到晶體管46的柵極，并且晶體管46處于“關斷”狀態，產生了從次級繞組36到地的高阻抗路徑，并且因此允許通過接收端口42的接收信號的低損耗發送。

以所示方式將發送/接收開關32連接到功率放大器17的次級繞組36的接收側40使得能夠在單個cmos裸芯34上集成發送/接收開關32和功率放大器17。開關提供發送路徑和接收路徑之間的充分隔離，保護了接收路徑中的下游組件，例如lna。

圖4是具有在單個半導體裸芯34上和發送/接收開關一起集成的基于變壓器的功率放大器的無線設備的一部分的實施例的示意圖，該單個半導體裸芯34在所示實施例中是cmos裸芯。

該無線設備可以支持多個頻帶，并且包括分開的路徑，每個路徑包含一組對應的功率放大器和發送/接收開關。

例如，在所示實施例中，第一路徑支持全球移動通信系統(gsm)頻帶、并且包含對應的一個或多個功率放大器17a、一個或多個發送/接收開關12a、和匹配電路50a。第一路徑可以使用與包含gsm-850、gsm-900或gsm-1900等的任何gsm頻帶相關聯的頻率。

第二路徑支持與第一路徑不同的頻帶，并且包含對應的一個或多個功率放大器17b、一個或多個發送/接收開關12b、和匹配電路50b，所述頻帶在所示配置中是數字蜂窩服務(dcs)頻帶。第二路徑可以使用對應于可以與gsm–1800頻帶相同的dcs頻帶的頻率。

功率控制塊52位于裸芯34上并且控制向功率放大器17a、17b的功率傳送。例如，在一個實施例中，功率控制塊52實現了包絡跟蹤功能，盡管其他類型的功率控制是可能的，包括例如平均功率跟蹤(apt)。

第一路徑和第二路徑中的功率放大器17a、17b接收和放大對應的發送信號。在所示實施例中，功率放大器17a、17a是由變壓器54a、54b表示的dat型功率放大器。所放大的信號從每個功率放大器17a、17b的初級線圈56a、56b被傳送到每個功率放大器17a、17b的次級線圈36a、36b。具體地，可以包含一個或多個諧波濾波器和/或雙工器的組件58被耦合到每個功率放大器17a、17b的次級線圈36a、36b的天線側38a、38b。組件58位于功率放大器17a、17b和天線14之間，并且當無線設備處于發送模式時，組件58處理一個或多個發送信號，并將所處理的一個或多個發送信號轉發到天線以便無線發送。

如圖所示，發送/接收開關12a、12b位于在節點62a、62b之間的到地的路徑中。節點62a、62b中的每一個被電耦合到對應的功率放大器17a、17b的次級線圈36a、36b的接收側40a、40b，以及裸芯34的接收端口60a、60b。

在發送模式中，用于每個路徑的發送/接收開關12a、12b閉合，產生從節點62a、62b到地的低阻抗路徑，從而將接收端口60a、60b與相對大的發送信號到對應的功率放大器17a、17b的次級線圈36a、36b的接收側40a、40b的泄露隔離。

另一方面，在接收模式中，發送/接收開關12a、12b斷開，從而產生從節點62a、62b到地的高阻抗路徑。在這種情況下，由天線14檢測到的接收信號被轉發到組件58以便處理。組件58將所處理的接收信號傳遞到每個路徑的各個功率放大器17a、17b的次級線圈36a、36b。具體地，接收信號從天線側38a、38b傳遞到各個功率放大器17a、17b的次級繞組36a、36b的接收側40a、40b。因為接收開關12a、12b斷開，每個接收信號傳遞到對應路徑的接收端口60a、60b，以便從裸芯34發送出。然后，接收信號在被轉發到接收路徑中的下游組件之前由匹配電路50a、50b處理，下游組件例如為lna和收發器。匹配電路50a、50b可以被配置為將被呈現給接收端口60a、60b的阻抗變換成期望的阻抗水平，例如50歐姆。

用于接通和關斷開關12a、12b的控制信號可以從所示的“tx-en”信號導出，該“tx-en”信號可以從無線設備的遠離裸芯的處理器或任何其他適當的源被轉發到裸芯34，該處理器例如是圖1所示的無線設備11的處理器20。

圖5是示出被連接到發送/接收開關12的dat功率放大器17的另一實施例的示意圖，發送/接收開關12和dat功率放大器17可以被一起集成在裸芯34上，裸芯34在所示實施例中是cmos裸芯。在所示實施例中，開關12被連接到節點62，節點62被連接到功率放大器17a的次級繞組36的接收側40和lna64的輸入。具體地，開關12位于節點62和地之間的路徑中。次級繞組36的天線側38被耦合到位于天線側38和天線(未示出)之間的雙工器和諧波濾波器。功率放大器17還包含初級繞組56。盡管在圖5中未示出，但是發送輸入信號被連接到初級繞組56的輸入，該發送輸入信號通過由功率放大器17實現的變換(transform)功能被放大。在發送模式中，所放大的發送信號被輸出到次級繞組36的天線側38，而發送接收開關接通，產生從節點62到地的低阻抗路徑，將lna64與到次級繞組36的接收側40上的發送信號泄漏隔離。

如圖所示，次級線圈36可以被設計為大致匹配初級繞組56的幾何形狀。初級繞組56可以用作有源繞組，并且包含由多個電感元件67形成的外初級繞組66和由多個電感元件69形成的內初級繞組68。多個放大器級70a-70d被插入在外初級繞組66的對應的電感元件67之間并被連接到外初級繞組66的對應的電感元件67。多個放大器級72a-72d被插入在內初級繞組68的對應的電感元件69之間并被連接到內初級繞組68的對應的電感元件69。外初級繞組66的電感元件67和內初級繞組68的電感元件69到次級繞組36之間的磁耦合以及環路電流確定了次級繞組36的放大輸出，從而組合放大器級70a-70d、72a-72d的輸出。

雖然圖5示出了功率放大器設計的一個示例，但是各種各樣的功率放大器設計是可能的，其與這里所描述的實施例是兼容的，包括在‘948專利和‘283專利中所描述的那些實施例。

圖6是示出了dat功率放大器的示例偏置配置的示意圖。外放大級74通過外初級繞組66被耦合到電源(vbat)。內放大器級76通過內初級繞組68被耦合到外放大級74。

在所示的實施例中，外放大器級74包含四個場效應晶體管78a-78d。四個晶體管的第一對78a、78b以第一共源共柵配置連接，并且兩個晶體管的第二對78c、78d以第二共源共柵配置連接。第一共源共柵配置的第一端通過第一調諧電容80被連接到第二共源共柵配置的第一端，而第一共源共柵配置的第二端和第二共源共柵配置的第二端共享到內初級繞組68的公共連接。

內放大器級76包含四個場效應晶體管82a-82d。四個晶體管的第一對82a、82b以第一共源共柵配置連接，并且兩個晶體管的第二對82c、82d以第二共源共柵配置連接。第一共源共柵配置的第一端通過第二調諧電容84被連接到第二共源共柵配置的第一端，而第一共源共柵配置的第二端和第二共源共柵配置的第二端被連接到地。

雖然為了說明的目的僅示出了單個外放大級74和內放大級76，但是如虛線所示，功率放大器中包含具有相同或類似配置的附加放大級。例如，放大器級74、76可以是類似于圖5所示的功率放大器的功率放大器17的放大器級。

沿著這些線，發送接收開關可以以類似于圖5所示的配置的方式被連接到包含圖6所示的外放大級和內放大級74、76的功率放大器的次級繞組(未示出)的接收側。在這種情況下，當無線設備處于接收模式時，限制在初級繞組56到次級繞組36之間傳送的功率量可能是重要的。例如，dat功率放大器可以呈現相對寬帶的匹配，其中接收子帶和發送子帶之間的頻率分離小。在接收模式中，dat的內初級繞組和外初級繞組在某些情況下可以與次級一起諧振，導致差的接收/發送隔離和插入損耗。

為了抵消這種影響，某些配置使用在接收模式下禁用的控制電路提供在接收模式下的dat的失諧。例如，電路可以控制dat，從而在接收模式期間使初級繞組和次級繞組36、56相對于彼此失諧，使得初級繞組和次級繞組36、56被配置為在接收模式期間具有非常不同的中心頻率。這與發送模式相反，在發送模式中初級繞組和次級繞組36、56被配置為具有類似的中心頻率，從而提高功率放大器的增益。

圖6示出了在接收模式期間實現以使初級繞組和次級繞組相對于彼此失諧的一個示例性偏置配置。如圖所示，2.0、0、2.0和0伏的值被分別施加到外放大器級74的四個晶體管78a、78b、78c、78d。所示實施例的四個晶體管是具有約0.4伏的閾值電壓的n型金屬氧化物半導體場效應晶體管(mosfet)，盡管不同的晶體管類型和/或閾值電壓是可能的。如將理解的，類似的值可以被施加到與圖6中未明確示出的外繞組74相關聯的附加放大器級。2.7、1.5、2.7和1.5伏的值被分別施加到內放大器級76的四個晶體管82a、82b、82c、82d。所示實施例的四個晶體管是具有約0.4伏的閾值電壓的n型金屬氧化物半導體場效應晶體管(mosfet)，盡管不同的晶體管類型和/或閾值電壓是可能的。如將理解的，類似的值可以被施加到與圖6中未明確示出的內繞組76相關聯的附加放大器級。

以圖6所示的方式調整偏置電平修改了外初級繞組和內初級繞組74、76的整體調諧電容，從而為次級繞組36提供了所期望的失諧。例如，根據一個實施例，圖6所示的偏置配置導致了外放大器級74的晶體管78a、78b、78c、78d被關斷，而內放大器級76的晶體管82a、82b、82c、82d被接通。處于關斷狀態的外放大器74的晶體管78a、78b、78c、78d的所得電容與外初級繞組66的調諧電容器80并聯。另一方面，處于接通狀態的內放大器級76的晶體管82a、82b、82c、82d的電阻用于使內初級繞組68的調諧電容器84短路。圖6所示的偏置配置可以被用于例如接收模式中，例如其中，包含功率放大器的無線設備11的控制器或控制電路響應于設備11置于接收模式而產生偏置控制信號。通過以圖6所示的方式偏置外放大器級和內放大器級74、76，初級繞組和次級繞組36、56相對于彼此失諧并具有分開的中心頻率。具體地，所示的偏置配置導致變壓器的耦合系數的減小，使得變壓器的次級繞組36主要以電感的形式出現，從而通過耦合減少了到初級繞組56的信號損耗。

根據一些實施例，開關可以被放置為跨越內調諧電容器和外調諧電容器80、84或與內調諧電容器和外調諧電容器80、84串聯，以提供所期望的失諧功能。然而，由于初級繞組74、76上的大擺幅，這種開關可能在發送期間進入擊穿。因此，通過調整dat放大器級74、76中的晶體管78a-78d、82a-82d的柵極修改調諧電容有利地提供所期望的失諧，同時防止擊穿或電路損壞。

雖然在圖6中未示出，但是在發送模式中，被施加到晶體管的電壓將是不同的，并且在發送模式中，初級繞組和次級繞組的中心頻率可以比在接收模式中(例如在以圖6所示的方式進行偏置的接收模式中)明顯地更為對準。

圖7是示出了通過圖6所示的偏置配置實現的初級繞組和次級繞組36、56的失諧的曲線圖。具體地，曲線86、88示出了不具有圖6所示的偏置/失諧配置的功率放大器17的輸出特性(曲線86)和具有圖6所示的偏置/失諧配置的功率放大器17的輸出特性(曲線88)。如圖所示，不具有偏置/失諧配置(曲線86)，功率放大器輸出在大約1ghz處存在尖銳的陷波，這可以導致在大約850mhz處的顯著的接收損耗。另一方面，具有圖6的偏置/失諧配置(曲線88)，與不具有偏置/失諧配置(曲線86)相比，在大約1.2ghz的更高頻率處出現陷波，導致在大約850mhz處的接收損耗被改善超過約0.5db。例如，輸出特性可以是功率放大器的最大增益(gmax)。

為了說明的目的再次參考圖3，當功率放大器17在發送模式操作時，由于在初級繞組上存在并且被傳送到次級繞組36的相對大的發送信號擺幅，在接收端口42處可以有大的電壓擺幅。具體地，在高頻處，開關32和地44之間的接合線用作電感器，產生高阻抗。在發送模式期間存在的高電流電平和該高阻抗的組合導致高電壓電平，這在某些情況下可以導致不期望的泄漏功率量。

圖8a-8b是示出包含被配置為減少泄漏功率的補償電路90的功率放大器配置的示例的示意圖。首先參考圖8a，該配置包含dat功率放大器17，該dat功率放大器17包含與外初級繞組66相關聯并被連接到外初級繞組66的放大器級70，該外初級繞組66繼而被耦合到電源(vbat)。功率放大器17還包含與內初級繞組68相關聯并被連接到內初級繞組68的放大器級72，該內初級繞組68繼而通過第一接合線92被耦合到地。如圖所示，內初級繞組72也被連接到與外初級繞組66相關聯的放大器級70。功率放大器17的次級繞組36的天線側38通過第二接合線94被連接到第一端口96，第一端口96可以是裸芯34的端口，裸芯34在所示實施例中是cmos裸芯，在該裸芯34上存在圖8a所示的組件。第一端口96可以例如通過可以包含如這里所描述的諧波濾波器和/或雙工器的中間組件(未示出)被連接到天線。次級繞組36的接收側40通過第三接合線100被耦合到第二端口98。例如，第二端口可以是cmos裸芯的接收端口，并且可以被連接到無線設備的接收路徑中的lna或其他組件。次級繞組36的接收側40也可以被耦合到發送/接收開關12，發送/接收開關12與第四接合線102和補償電路90一起被連接在到地的路徑中。如這里所描述的，無線設備可以在發送模式中接通開關12并在接收模式中關斷開關12，以便在接收模式中將接收端口98與發送路徑隔離。

在所示實施例中，補償電路90包含與開關12和接合線102串聯的單個電容器。如前面所指出的，補償電路90用于減少泄漏功率。具體地，將補償電路90包含在內用于在發送模式期間減小開關12和地之間的路徑中的阻抗。例如，電容器104抵消接合線102的電抗，從而減小接收端口98上的電壓擺幅。

在接收模式期間，可能希望無線設備在存在補償電路90的情況下保持與不包含補償電路90的配置類似的行為。因此，當在接收模式期間開關12處于斷開狀態時，補償電容器104可被選擇為具有大于或等于開關12的有效電容的電容。以這種方式，在接收模式中，補償電路90對于在接收端口98上輸出的接收信號可以具有最小的影響。

在所示實施例中，電容器具有約14皮法(pf)的電容，并且在發送模式期間接合線的電感對于850mhz的發送頻率為約0.5納赫。在其他實施例中，補償電路90可以具有不同的電容，并且可以包含附加的電容器和/或不同的組件。

雖然在圖8a中僅示出了單個外繞組放大器級70和單個內繞組放大器級72，但是應當理解，可以存在附加的放大器級。作為一個示例，圖8a所示的功率放大器17可以形成圖5所示的功率放大器17的一部分，并且可以有以圖5所示的方式所布置的總共四個附加的外繞組放大器級70和四個附加的內繞組放大器級72。

圖8b示出了在從開關12到地的路徑中切換補償電路90和接合線112的順序的替代配置。例如，在這種情況下，可以在與功率放大器17和/或發送/接收開關17相同的裸芯上實現補償電路90，從而減少成本。

圖9是描繪了具有和不具有補償電路90的配置的發送/接收隔離的曲線圖。例如，對于1710、1750和1785mhz的頻率，三個曲線106的組示出了不包含補償電路90的類似于圖8a-8b的無線設備的發送/接收隔離。具體地，參考圖8a，曲線106示出了對于在第一端口96上所測量的不同發送功率，泄漏到接收端口98的發送功率的相對量，以分貝毫瓦(dbm)為單位。另一方面，也對于1710、1750和1785mhz的頻率，三個曲線108的組示出了具有包含單個14pf電容器104的補償電路90的類似于圖8a-8b的無線設備的發送/接收隔離。如圖所示，將補償電路90包含在內通過發送接收隔離提高了大于約5dbm。

圖10描繪了無線設備的一部分，其類似于圖3所示的無線設備的一部分，但是具有包含在開關12和地之間的路徑中的、被包含在裸芯34上的電容器104的補償電路90。

為了說明的目的，這里所提供的許多本發明的裝置和方法已經在功率放大器、開關和使用cmos工藝構建的其他組件的上下文中進行了描述，cmos工藝例如為包含傳統硅襯底(而不是例如soi襯底)的cmos工藝。然而，根據各種實施例，這里所描述的裝置和方法可以使用其他非cmos類型的體硅工藝另外地被實現。

應用

上面所描述的一些實施例已經提供了與無線設備或移動電話相關的示例。然而，所述實施例的原理和優點可以被用于對這里所描述的實施例有需求的任何其它系統或裝置。

可以在各種電子設備中實現這樣的實施例。電子設備的示例可以包含但不限于消費者電子產品、消費者電子產品的部件、電子測試設備等。電子設備的示例還可以包含但不限于存儲器芯片、存儲器模塊、光網絡或其他通信網絡的電路以及盤驅動器電路。消費者電子產品可以包含但不限于移動電話、電話、電視、計算機監視器、計算機、手持計算機、個人數字助理(pda)、微波、冰箱、汽車、立體聲系統、盒式錄音機或播放器、dvd播放器、cd播放器、vcr、mp3播放器、收音機、攝像機、相機、數碼相機、便攜式存儲芯片、洗衣機、烘干機、洗衣機/烘干機、復印機、傳真機、掃描儀、多功能外圍設備、腕表、時鐘等。此外，電子設備可以包含未完成的產品。

結論

除非上下文另有明確要求，否則在整個說明書和權利要求書中，詞語“包括”、“包含”等將以包含的意思來解釋，而不是排他或窮盡的意思；也就是說，以“包含但不限于”的意義來解釋。這里通常所使用的詞語“耦合”是指可以被直接連接或通過一個或多個中間元件被連接的兩個或多個元件。同樣地，這里通常所使用的詞語“連接”是指可以被直接連接或通過一個或多個中間元件被連接的兩個或多個元件。此外，在本申請中被使用時，“這里”、“上文”、“以下”和類似意義的詞語應該作為整體指代本申請，而不是指本申請的任何特定部分。在上下文允許的情況下，使用單數或復數的上述詳細描述中的詞語也可以分別包含復數或單數。在提到兩個或更多項目的列表時的詞語“或”，該詞語涵蓋對該詞語的所有下列解釋：列表中的任何項目、列表中的所有項目以及列表中的項目的任何組合。

此外，這里所使用的條件性語言，除了其他的以外例如有“能夠”、“可以”、“可能”、“可”、“例如”、“諸如”、“比如”等，除非另有明確說明或者如所使用的在上下文中以其他方式理解，通常旨在表達某些實施例包含但其他實施例不包含某些特征、元件和/或狀態。因此，這種條件性語言通常不旨在暗示特征、元件和/或狀態以任何方式對于一個或多個實施例是必需的，或者一個或多個實施例必需包含用于在具有或不具有用戶輸入或提示的情況下決定是否包含這些特征、元件和/或狀態或者在任何特定實施例中執行這些特征、元件和/或狀態的邏輯。

本發明的實施例的上面詳細描述不旨在是窮舉的或將本發明限制于上面所公開的精確形式。雖然上面為了說明的目的描述了本發明的具體實施例和示例，但是如相關領域的技術人員將認識到的，可以在本發明的范圍內進行各種等同的修改。例如，雖然以給定順序呈現過程或塊，但替代實施例可以以不同順序執行具有步驟的例程或使用具有塊的系統，并且一些過程或塊可以被刪除、移動、添加、細分、組合和/或修改。這些過程或塊中的每一個可以以各種不同的方式來實現。而且，雖然有時過程或塊被示出為被串行執行，但這些過程或塊可以替代地被并行執行，或者可以在不同的時間被執行。

這里所提供的本發明的教導可以被應用于其他系統，而不一定是上面所描述的系統。上面所描述的各種實施例的元件和操作可以被組合以提供其他實施例。

雖然已經描述了本發明的某些實施例，但是這些實施例僅以示例的方式呈現，并不旨在限制本公開的范圍。實際上，這里所描述的新穎方法和系統可以以各種其他形式實施；此外，在不脫離本公開的精神的情況下，可以對這里所描述的方法和系統的形式進行各種省略、替換和改變。所附權利要求及其等同物旨在涵蓋落在本公開的范圍和精神內的這些形式或修改。