一种高耐压SPST 天线调谐开关设计

夏小辉，林福江

(中国科学技术大学 微电子学院，安徽 合肥230026)

0 引言

随着5G 通信的迅速发展与应用，对传输数据速率的要求越来越高，目前提升数据传输速率采用的主要技术有载波聚合(Carrier Aggregation，CA）、有源天线系统(Active Antenna Systems，AAS)、多路输入/输 出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)[1]。因为新一代智能手机中的天线数量不断增加，以及智能手机追求更大屏占比的工艺设计趋势，所以这些天线需要安装到更小的空间内，天线数量的增加、尺寸的减小导致天线效率降低，进而影响发送和接收性能、电池续航能力，甚至出现连接问题。

为了有效解决这些矛盾，智能手机中目前主要采用天线调谐[2-6]技术来提高多频段信号传输的天线效率。通过在天线不同位置与地之间连接天线调谐器(包含开关、电容与电感等)，改变天线谐振频率实现多频段信号高效率传输。由于天线可能工作在失配的情况下，此时天线上的电压是正常工作时的数倍，因此天线调谐开关设计必须考虑耐压能力。一般可以通过选取GaAs 等大功率器件解决这一问题，但其成本较高，且集成度较差。因此最近几年射频开关的设计多采用SOI CMOS 工艺，相比GaAs 工艺，其兼顾成本和性能[7-8]。

由于SOI CMOS 工艺中，单个晶体管电压承受能力有限，因此该工艺下的射频开关在处理大功率信号时多采用堆叠结构[9-10]。该结构由于体端和栅端存在较大泄露电流，导致电压摆幅在堆叠结构中各级晶体管的分布不均，使得射频开关支路总的电压处理能力受到极大限制。一般可以通过体端增加偏置大电阻，提供额外的偏置电压等技术来削弱这一现象，但这需要输入独立体端控制信号且效果有限。……