用于TD-SCDMA系统的集成CMOS对称式收/发开关的设计
引言
TD-SCDMA使用的是时分双工方式(TDD)。对于TDD通信系统来说，高质量的收/发开关是RF前端电路的关键模块。为了提高集成度，收/发开关可以采用全集成的形式来取代传统的GaAs MOSFET和PIN二极管等分立元件。
使用CMOS收/发开关取代GaAs MOSFET收/发开关的好处之一是CMOS开关电路不需要负的控制电压。而且，如果能用标准CMOS工艺来完成，开关电路就可以和收发器中其它RF模块集成在一起，这将降低成本。
TD-SCDMA系统规划使用的频段主要为1900MHz-1920MHz和2010MHz-2025MHz。本文采用TSMC 0.35?m CMOS工艺来制作射频收/发开关。通过优化设计，该开关电路在2GHz处取得了较好的仿真结果。
图1 对称式收/发开关电路示意图
图2 MOSFET导通时的等效电路图
图3 开关截止一侧的小信号等效电路
(a) 插入损耗
(b) 隔离度
优化设计
图1是对称式串并结构NMOS射频开关的电路示意图。串联的晶体管M1和M2完成主要的开关功能。并联的晶体管M3和M4通过将截止晶体管一侧的射频信号导通到地来提高开关电路的隔离度。控制电压Vctrl 和用于控制晶体管M1和M2的开与合。当Vctrl为高电平时，M1导通，M2截止，开关处于发射状态；当为高电平时，M1截止，M2导通，开关处于接收状态。该开关电路还包括旁通电容C1和C2，它们提供了开关电路中TX和RX端口的直流偏置。MOS管栅极上的偏置电阻R1、R2、R3和R4的作用是提高隔离度和线性度。本设计中，串联MOS管栅宽取200?m，并联MOS管的栅宽取100?m，旁通电容C1和C2取5pF，栅极偏置电阻R1、R2、 R3和R4均取10K。
射频收/发开关的重要性能指标为：插入损耗(IL)、隔离度(Isolation)和线性度(通常用1dB压缩点P1dB来表示)。其中插入损耗是设计的重点。
插入损耗
