射频开关控制链路、系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及射频集成电路技术领域，尤其涉及一种射频开关控制链路、系统及其控制方法。


背景技术：

2.在射频通信系统中，射频开关器件设置于天线和收发机前端电路模块之间，用于实现接收与发射通道间的切换、不同频段间的切换等功能。
3.射频通信系统中需要射频开关控制链路产生偏置电压，从而控制射频开关的导通状态。然而，现有的射频开关控制链路性能较差，产生偏置电压的速度也较慢。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种射频开关控制链路、系统及其控制方法，以解决射频开关控制链路性能较差，产生偏置电压的速度也较慢的问题。
5.根据本发明的一方面，提供了一种射频开关控制链路，所述射频开关控制链路包括：
6.输入端口，用于输入原始信号；
7.边沿检测模块，所述边沿检测模块的输入端与所述输入端口连接，所述边沿检测模块的控制端接入控制信号，所述边沿检测模块配置为其控制端接入boost控制信号时输出boost模式信号，其控制端接入正常控制信号时输出正常模式信号；
8.偏置电压产生模块，包括第一振荡器和至少一级电荷泵，所述电荷泵和所述第一振荡器均与所述边沿检测模块的输出端连接；所述第一振荡器配置为响应所述boost模式信号输出第一频率，响应所述正常模式信号输出第二频率，所述第一频率大于所述第二频率；所述电荷泵包括泵电容单元，所述泵电容单元响应所述boost模式信号配置为第一电容值，响应所述正常模式信号配置为第二电容值，其中，所述第一电容值大于所述第二电容值。
9.可选地，所述偏置电压产生模块还包括低压差线性稳压器，用于向所述电荷泵及所述第一振荡器供电；
10.所述低压差线性稳压器与所述边沿检测模块的输出端连接，所述低压差线性稳压器配置为响应所述boost模式信号输出第一电压，响应所述正常模式信号输出第二电压；其中，所述第一电压大于所述第二电压。
11.可选地，所述边沿检测模块包括：第一两路选择器、第二两路选择器、第一反相器、第一d触发器、第二d触发器、或门和第二振荡器；
12.所述第一两路选择器的第一输入端与所述第一反相器的输入端连接后作为所述边沿检测模块的输入端；所述第一两路选择器的第二输入端接入逻辑高电平；所述第一两路选择器的控制端及所述第二两路选择器的控制端连接后作为所述边沿检测模块的控制端；所述第一两路选择器的输出端与所述第一d触发器的时钟端连接；
13.所述第二两路选择器的第一输入端与所述第一反相器的输出端连接，所述第二两路选择器的第二输入端接入逻辑高电平，所述第二两路选择器的输出端与所述第二d触发器的时钟端连接；
14.所述第一d触发器的d端及所述第二d触发器的d端均与所述第二振荡器的输出端连接；所述第一d触发器的q端及所述第二d触发器的q端分别与所述或门的两个输入端连接；
15.所述或门的输出端作为所述边沿检测模块的输出端。
16.可选地，所述泵电容单元包括主电容和与所述主电容并联的至少一条支路，每条支路串联有一电容开关和一支路电容；所述电容开关响应所述boost模式信号导通，并响应所述正常模式信号关断。
17.可选地，所述第一振荡器配置为根据工作电压调整输出频率；所述第一振荡器的电压端接入第一电压源和第二电压源；其中，所述第二电压源串联有电压开关，所述第二电压源与所述电压开关串联后与所述第一电压源并联，所述电压开关配置为响应所述boost模式信号导通，并响应所述正常模式信号关断。
18.可选地，所述第一振荡器配置为根据工作电流调整输出频率；所述第一振荡器的电流端接入第一电流源和第二电流源；其中，所述第二电流源串联有电流开关，所述第二电流源与所述电流开关串联后与所述第一电流源并联；所述电流开关配置为响应所述boost模式信号导通，并响应所述正常模式信号关断。
19.可选地，所述第一振荡器为环形振荡器；所述环形振荡器包括延迟电容模块，所述延迟电容模块包括并联的主延迟电容和至少一条延迟电容支路；每条延迟电容支路包括串联的副延迟电容和延迟电容开关，所述延迟电容开关配置为响应所述boost模式信号导通，并响应所述正常模式信号关断。
20.可选地，所述射频开关控制链路还包括电平移位模块，所述电平移位模块与所述偏置电压产生模块的输出端连接。
21.根据本发明的另一方面，提供了一种射频开关控制系统，包括上述的射频开关控制链路和射频开关。
22.根据本发明的另一方面，提供了一种射频开关控制链路的控制方法，用于控制上述的射频开关控制链路，所述射频开关控制链路的控制方法包括：
23.在第一预设条件下，向所述边沿检测模块的控制端输送boost模式控制信号，以使所述边沿检测模块输出boost模式信号；
24.在第二预设条件下，向所述边沿检测模块的控制端输送正常模式控制信号，以使所述边沿检测模块输出正常模式信号。
25.本发明实施例的技术方案，采用的射频开关控制链路，偏置电压产生模块具有boost模式和正常模式两种模式。在boost模式下，第一振荡器输出高频信号，泵电容为大电容，从而能够快速产生所需要的的偏置电压，同时还具有极强的驱动能力；在正常模式下，第一振荡器输出低频信号，泵电容为小电容，从而能够减小杂散，使得正常模式下能够稳定工作。
26.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本发明实施例提供的一种射频开关控制链路的电路结构示意图；
29.图2为本发明实施例提供的又一种射频开关控制链路的电路结构示意图；
30.图3为本发明实施例提供的一种射频开关控制链路工作状态示意图；
31.图4为本发明实施例提供的一种边沿检测模块的电路结构示意图；
32.图5为本发明实施例提供的一种电荷泵的电路结构示意图；
33.图6为本发明实施例提供的一种多级电荷泵级联的电路结构示意图；
34.图7为本发明实施例提供的一种第一振荡器的供电电路的示意图；
35.图8为本发明实施例提供的一种又第一振荡器的供电电路的示意图；
36.图9为本发明实施例提供的一种第一振荡器的电路结构示意图；
37.图10为本发明实施例提供的一种射频开关控制系统的电路结构示意图；
38.图11为本发明实施例提供的一种射频开关控制链路的控制方法的流程图。
具体实施方式
39.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
40.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
41.图1为本发明实施例提供的一种射频开关控制链路的电路结构示意图，参考图1，射频开关控制链路包括：输入端口11，用于输入原始信号；边沿检测模块12，边沿检测模块12的输入端与输入端口11连接，边沿检测模块12的控制端接入控制信号，边沿检测模块12配置为其控制端接入boost控制信号时输出boost模式信号，其控制端接入正常控制信号时输出正常模式信号；偏置电压产生模块13，包括第一振荡器131和至少一级电荷泵133，电荷泵133和第一振荡器131均与边沿检测模块12的输出端连接；第一振荡器131配置为响应boost模式信号输出第一频率，响应正常模式信号输出第二频率，第一频率大于第二频率；电荷泵包括泵电容单元，泵电容单元响应boost模式信号配置为第一电容值，响应正常模式信号配置为第二电容值，其中，第一电容值大于第二电容值。
42.具体地，射频开关控制链路用于输出偏置电压，从而控制射频开关导通或者关断；输入端口11用于输入一个原始信号；输入端口11例如可以是包含gpio的数字i/o，如mipi、iic或者spi等。边沿检测模块12能够根据需要生成boost模式信号或者正常模式信号；例如当射频开关需要负压与正压产生(也即偏置电压产生模块从原始状态到形成负压的阶段，由原始状态到形成正压的阶段)或者正压与负压需要转换的阶段时，控制边沿检测模块12生成boost模式信号，使得偏置电压产生模块进入boost模式；当偏置电压产生电路能够产生稳定的负压或者正压偏置后，控制边沿检测模块12生成正常模式信号，使得偏置电压产生模块13进入正常模式。
43.偏置电压产生模块13的结构原理为本领域公知，具体可包括振荡器以及电荷泵；更具体地，电荷泵中包含有泵电容单元，通过泵电容单元的充电和放电，使得输入端的电压以一定的比例降低或者升高，进而得到所需要的的输出电压。另外，在boost模式下，第一振荡器131输出一个高频的信号，在正常模式下，第一振荡器131输出一个低频的信号。对于电荷泵来说，有以下公式：i＝f(v/i)vc＝v
β
c；从该公式中可以得出，频率和电容值较大时，可以使得电压产生的速度更快，也即通过提高频率和泵电容的电容值，可以极大地加快负压偏置的产生速度。基于此，本实施例通过配置第一振荡器131能够根据boost模式信号生成第一频率的信号，其中，boost模式信号例如可以是高电平；第一振荡器131根据正常模式信号生成第二频率的信号，其中，正常模式信号例如可以是低电平；同时，配置泵电容单元的有效电容值也根据boost模式信号调整为第一电容值，根据正常模式信号调整为第二电容值。当偏置电压产生模块13接收boost模式信号进入boost模式后，第一振荡器输出高频信号，泵电容单元为大电容，从而快速产生负压或者正压偏置；当偏置电压产生模块13接收正常模式信号进入正常模式后，第一振荡器输出低频信号，泵电容单元为小电容，此时能够减小杂散，使得正常模式下能够稳定工作。另外，电荷泵的内阻r＝1/fc，当泵电容较大，频率较大时，电荷泵的内阻也很小，此时的电荷泵相当于是一个大电容，使得电荷泵具有极强的驱动能力。
44.本实施例的技术方案，采用的射频开关控制链路，偏置电压产生模块具有boost模式和正常模式两种模式。在boost模式下，第一振荡器输出高频信号，泵电容为大电容，从而能够快速产生所需要的的偏置电压，同时还具有极强的驱动能力；在正常模式下，第一振荡器输出低频信号，泵电容为小电容，从而能够减小杂散，使得正常模式下能够稳定工作。
45.优选地，本实施例的射频开关控制链路可以是集成电路的形式；更优选地可以基于soi(silicon-on-insulator，硅技术)制作出集成电路上的各种元器件。利用soi工艺，可以实现集成电路中各种元器件的介质隔离，彻底消除cmos电路中的寄生闩锁效应，同时采用soi工艺制成的集成电路还具有集成电容小、集成密度高、速度快、工艺简单、短沟道效应小以及特别适用于低压低功耗电路等优势。
46.优选地，在图1中，射频开关控制链路还包括电平移位模块14，电平移位模块14与偏置电压产生模块13的输出端连接，用于对偏置电压产生模块13输出的电平进行移位，从而将只有一种极性的电平，移位为具有两种极性的电平，以利于后续射频开关的使用。电平移位模块14的具体电路结构为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。
47.可选地，图2为本发明实施例提供的又一种射频开关控制链路的电路结构示意图，图3为本发明实施例提供的一种射频开关控制链路工作状态示意图，结合图2和图3，偏置电
压产生模块13还包括低压差线性稳压器132，低压差线性稳压器132用于向电荷泵133及第一振荡器131供电；低压差线性稳压器132与边沿检测模块12的输出端连接，低压差线性稳压器132配置为响应boost模式信号输出第一电压，响应正常模式信号输出第二电压；其中，第一电压大于第二电压。
48.具体地，低压差线性稳压器132的具体电路结构为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。低压差线性稳压器132用于将外部电压降压以及稳压后输入到第一振荡器和电荷泵中，从而保证第一振荡器和电荷泵能够稳定工作。在正常模式时，低压差线性稳压器132输出第二电压，由于此时电压较小，可以极大地降低低压差线性稳压器132的功耗。同时在boost模式下，低压差线性稳压器132输出第一电压，第一电压较大，从而产生偏置电压的速度也更快。
49.可选地，图4为本发明实施例提供的一种边沿检测模块的电路结构示意图，边沿检测模块包括第一两路选择器121、第二两路选择器122、第一反相器123、第一d触发器124、第二d触发器125、或门126和第二振荡器127；第一两路选择器121的第一输入端与第一反相器123的输入端连接后作为边沿检测模块的输入端；第一两路选择器121的第二输入端接入逻辑高电平；第一两路选择器121的控制端及第二两路选择器122的控制端连接后作为边沿检测模块的控制端；第一两路选择器121的输出端与第一d触发器124的时钟端连接；第二两路选择器122的第一输入端与第一反相器123的输出端连接，第二两路选择器122的第二输入端接入逻辑高电平，第二两路选择器122的输出端与第二d触发器125的时钟端连接；第一d触发器124的d端及第二d触发器125的d端均与第二振荡器127的输出端连接；第一d触发器124的q端及第二d触发器125的q端分别与或门126的两个输入端连接；或门126的输出端作为边沿检测模块的输出端。
50.具体地，本实施例提供了一种边沿检测模块的具体电路结构，其中边沿检测模块控制端的信号可以是脉冲信号，也即boost模式信号为高电平，正常模式信号为低电平；在boost模式信号控制下，第一两路选择器121和第二两路选择器122均是第一输入端和输出端到导通，使得对应的d触发器的时钟端接入时钟信号，从而能够控制boost模式信号的产生。同时，d触发器的d端接入第二振荡器127产生的时钟信号，该时钟信号能够控制boost模式信号的持续时长。优选地，每个通信系统均可以通过配置第二振荡器127输出时钟信号的频率，来控制boost模式信号的持续时长。根据boost模式持续时长的不同，可以将boost模式信号分为窄boost模式信号或者宽boost模式信号，在宽boost模式信号控制时，可以直接对电荷泵中的泵电容进行充放电；而对于窄boost模式信号，则可以先将电荷泵中的开关管栅极接零电位过渡一下再对开关管栅极进行充放电，通过电容公式c＝q/u，通过对接零电位这个过渡，使得窄boost模式信号只需要配置较小的去耦电容(去耦电容一端连接于电荷泵133与电平移位模块14之间的连接线，另一端接地，参考图10的去耦电容30)，从而节约了成本。
51.可选地，图5为本发明实施例提供的一种电荷泵的电路结构示意图，参考图5，电荷泵包括反相器inv1、反相器inv2、负载电容c1、负载电阻r1、晶体管m1、晶体管m2、晶体管m3和晶体管m4，其连接关系和工作原理与传统电荷泵相同，在此不再赘述。与传统电荷泵不同的是，本实施例的泵电容单元1331包括一个主电容和与主电容并联的至少一条支路，每条支路都串联有一电容开关和一支路电容；电容开关响应boost模式信号导通，响应正常模式
信号关断。
52.本实施例中，与反相器inv1连接的泵电容单元1331中，主电容为电容c11，支路电容为电容c12-电容c1n，分别对应电容开关sw11-电容开关sw1(n-1)；与反相器inv2连接的泵电容单元1331中，主电容为电容c21，支路电容为电容c22-电容c2n，分别对应电容开关sw21-电容开关sw2(n-1)。在boost模式信号控制下，各个电容开关导通，使得主电容与支路电容并联，等效为增加了泵电容的有效电容值；在正常模式信号控制下，各个电容开关关断，使得泵电容的有效电容值只是主电容的电容值，此时电容值较小。当然，也可以采用其它方式控制泵电容的大小，例如可将泵电容设置为可调电容器等。
53.优选地，偏置电压产生模块也可以包括多级电荷泵，如图6所示，图6为本发明实施例提供的一种多级电荷泵级联的电路结构示意图。当电源越来越小时，单级的电荷泵将会无法满足产生足够的负压，此时需要多级堆叠的电荷泵来产生足够的负压。例如电源为1.8v的电荷泵，若需要产生-2.5v的负压，则至少需要两级电荷泵来产生。需要说明的是，图6中所示的电荷泵133可以是图5中所示的电荷泵，也可以是其它任何形式的电荷泵。
54.示例性地，图7为本发明实施例提供的一种第一振荡器的供电电路的示意图，参考图7，第一振荡器131配置为根据工作电压调整输出频率；第一振荡器131的第一端接入第一电压源1311和第二电压源1312；其中，第二电压源1312串联有电压开关1313，第二电压源1312与电压开关1313串联后与第一电压源1311并联，电压开关1313配置为响应boost模式信号导通，并响应正常模式信号关断。
55.具体地，第一振荡器131的电压端接入的电压不同时输出频率也不同；当电压开关1313响应boost模式信号导通时，第一电压源1311和第二电压源1312同时接入第一振荡器131，使得第一振荡器131输出高频信号。当电压开关1313响应正常模式信号关断时，第一电压源1311接入第一振荡器131，第二电压源1312未接入第一振荡器131，使得第一振荡器131输出低频信号。
56.示例性地，图8为本发明实施例提供的又一种第一振荡器的供电电路的示意图，参考图8，第一振荡器131配置为根据工作电流调整输出频率；第一振荡器131的第一端接入第一电流源1314和第二电流源1315，其中，第二电流源1315串联有电流开关1316，第二电流源1315与电流开关1316串联后与第一电流源1314并联，电流开关1316配置为响应boost模式信号导通，并响应正常模式信号关断。
57.具体地，第一振荡器131的电流端接入的电流不同时输出频率也不同；当电流开关1316响应boost模式信号导通时，第一电流源1314和第二电流源1315同时接入第一振荡器131，使得第一振荡器131输出高频信号。当电流开关1316响应正常模式信号关断时，第一电流源1314接入第一振荡器131，第二电流源1315未接入第一振荡器131，使得第一振荡器131输出低频信号。
58.示例性地，图9为本发明实施例提供的一种第一振荡器的电路结构示意图，参考图9，本实施例中第一振荡器131为环形振荡器；环形振荡器包括延迟电容模块1317，延迟电容1317包括并联的主延迟电容c31和至少一条延迟电容支路，每条延迟电容支路包括串联的副延迟电容c32和延迟电容开关sw3，延迟电容开关sw3配置为响应boost模式信号导通，并响应正常模式信号关断。
59.可以理解的是，环形振荡器中包含奇数个反相器；环形振荡器的频率主要由每一
级反相器的延时来决定，延时时间越短则频率会越高，从而可以通过控制延迟时间来控制输出频率；本实施例中，添加延迟电容模块来控制延迟时间，例如当延迟电容开关接收到boost模式信号时导通，延迟电容模块为一个大电容，有利于降低延迟时间，从而提高输出频率。当延迟电容开关接收到正常模式信号时关断，延迟电容模块为一个小电容，从而输出一个低的频率。
60.本发明实施例还提供了一种射频开关控制系统，如图10所示，图10为本发明实施例提供的一种射频开关控制系统的电路结构示意图，射频开关控制系统包括本发明任意实施例提供的射频开关控制链路和射频开关20。射频开关控制链路用于向射频开关提供偏置电压，具体可以设置为射频开关20与电平移位模块14连接。因为本发明实施例提供的射频开关控制系统包括本发明任意实施例提供的射频开关控制链路，因而也具有相同的有益效果，在此不再赘述。如图10所示，射频开关控制系统还可包括控制开关40，控制开关40的一端连接于电平移位模块14和射频开关20的连接线上，另一端接地，控制开关40可用于控制射频开关20是否接地。实现窄boost模式下射频开关20的栅端对地放电。
61.本发明实施例还提供了一种射频开关控制链路的控制方法，如图11所示，图11为本发明实施例提供的一种射频开关控制链路的控制方法的流程图，所述的控制方法包括：
62.步骤s101，在第一预设条件下，向边沿检测模块的控制端输送boost模式控制信号，以使边沿检测模块输出boost模式信号；
63.步骤s102，在第二预设条件下，向边沿检测模块的控制端输送正常模式控制信号，以使边沿检测模块输出正常模式信号。
64.具体地，第一预设条件例如是当射频开关需要负压与正压产生(也即偏置电压产生模块从原始状态到形成负压的阶段，由原始状态到形成正压的阶段，即上电初始化过程)或者正压与负压需要转换的阶段(即开关切换过程)；在第一预设条件下，控制边沿检测模块生成boost模式信号，使得偏置电压产生模块进入boost模式；第二预设条件例如是当偏置电压产生电路能够产生稳定的负压或者正压偏置阶段；在第二预设条件下，控制边沿检测模块生成正常模式信号，使得偏置电压产生模块进入正常模式。另外需要说明的是，本实施例中步骤s101和步骤s102的先后顺序不作限定。
65.本实施例的控制方法，可以控制偏置电压产生模块在boost模式或正常模式下工作。在boost模式下，第一振荡器输出高频信号，泵电容为大电容，从而能够快速产生所需要的的偏置电压，同时还具有极强的驱动能力；在正常模式下，第一振荡器输出低频信号，泵电容为小电容，从而能够减小杂散，使得正常模式下能够稳定工作。
66.应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
67.上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。