文献综述
- 引言
射频开关在时分双工无线通信系统中很重要。由于在集成无线系统时，在交换机前面需要滤波器，因此滤波器功能和交换机功能的集成实现了低成本、降低损耗的优点。提出了将滤波器功能集成到开关中的概念，以减少电路面积和互连的损耗[1] 。在[1]中，为集成了滤波器的单刀单掷（SPST）开关（FIS）给出了一种系统设计方法，该方法使用1-GHz四分之一波长带通滤波器的滤波器合成来实现该开关。本文主要针对基于BiCMOS工艺的滤波开关进行研究，设计中心频率为10GHz，隔离度大于20dB，具有选择性的滤波开关电路，并使用ADS进行电路仿真[2]。
- 国内外研究现状
滤波开关为射频系统的关键组成部分，一直以来受到射频集成电路学术界与工业界的关注，许多团队对此展开了研究。
单刀双掷（SPDT）开关是现代通信收发系统中的关键部分，被广泛用于有源移相器、相控阵等无线通信系统中。单刀双掷开关用于转换系统的工作状态，通过开关的关断与开启来控制信号的转换，实现接收模式与发射模式的转换。单刀双掷开关的插入损耗、隔离度对系统性能有着重要的影响。在毫米波开关中，晶体管的寄生电容、导通电阻、损耗、隔离度等会影响电路性能。为缓解这些问题，可采用并联式MOS管和电感匹配，以减小寄生电容的影响，输差分信号的收发系统中，单刀双掷开关需具有共模抑制能力[3]。
- 国外发展现状
2003年首尔国立大学电气工程学院的Junghyun Kim等人利用Ga As PHEMTs技术研制出40GHz-85GHz的小型超宽带分布式单刀双掷开关，插入损耗在2dB以内，隔离度大于30dB。在77GHz 时，能够达到1.4dB的插入损耗和38dB的隔离度，芯片面积为1.45times;1 [4]。
2009年C.Y.ou等人采用0.18um CMOS工艺，设计出应用于T/R的单刀双掷开关。采用并联电感谐振技术和体悬浮技术，提高了开关的隔离性能和功率处理能力。在24GHz处插损为6dB，收发隔离度为32.2dB，输入1dB压缩点P1dB为21.5dBm，输入三阶截点IIP3为 32.6dBm[5]。
2015年新加坡南洋理工大学的W.T.Khan等人基于32nm SOI CMOS工艺研制出D波段单刀双掷开关。SOI器件相对于传统CMOS多了掩埋氧化层，其将基体与衬底隔离，一定程度上能够减少寄生电容。该文使用并联MOS管的拓扑结构来实现较小的插入损耗，在 110GHz-170GHz插损2.6dB，隔离度大于20dB[6]。
- 国内发展现状
2004年国立台湾大学电子工程系的Kun-You Lin利用 GaAs HEM工艺，采用 1/4 波长线阻抗匹配，设计出工作在 15GHz-80GHz，插入损耗小于3.6dB，隔离度大于 25dB。在此方案下还开发出 0GHz-60GHz 单刀单掷开关，插入损耗在 3dB以内，隔离度大于25dB，以及 0GHz -80GHz 单刀单掷开关，插入损耗在3dB以内，隔离度大于24dB[2]
2013年电子科技大学的刘超基于0.13um CMOS工艺研制出一款工作在Ka波段的 SPDT，采用并联NMOS管的电路结构与高Q值的匹配，在30GHz-45GHz的插入损耗为2.7dB-3.7 dB，隔离度能达到33dB-51dB，35GHz时输入P1dB为8dBm, 核心芯片面积仅为160times;180[7]。
2015年北京理工大学的王亦凡等人采用90nm CMOS工艺设计了一款应用于射频收发系统的16GHz非对称单刀双掷开关，设计使用深N阱MOS，将交流悬浮偏置加在必要节点。测试表明在系统接收和发射模式下，插损分别为0.77dB和2.15dB，隔离度分别为22.9dB和20.2dB，输入P1dB大于15dBm[8]。
