具体实施方式

下面详细讨论当前优选实施例的制造和使用。然而，应当理解，本发明提供了许多可应用的发明概念，这些概念可在各种各样的特定上下文中体现。所讨论的具体实施例仅仅是说明制造和使用本发明的具体方式，并且不限制本发明的范围。

本发明将根据特定上下文中的优选实施例(即，多刀多掷交叉开关(或“交叉点开关”)，诸如RF 4P4T开关)来描述。本发明的实施例还可应用于许多在其它频率范围中操作且具有其它开关配置的其它开关。在一些实施例中，交叉开关包括具有分支结构的传输线，这些传输线连接到交叉开关输入/输出以及单个开关单元。分支结构传输线被配置为具有用于均衡传输线之间的阻抗差的互感和自感部分。在一些实施例中，互感部分被配置为具有补偿效果，由此分支结构传输线的阻抗主要通过自感部分设置。

下面描述的本发明的实施例有利地缩小了最佳情况和最坏情况RF路径性能之间的差距，从而允许更平衡的系统设计。

迄今为止，芯片外(集成在封装中或外部)简单匹配元件已被用于优化交叉开关中的单条路径或一组路径的性能。一些实施例的优点是，交叉开关的传输线的分支结构可用于匹配所有多个开关路径的阻抗。因此，交叉开关中的最佳开关路径和最差开关路径之间的阻抗差被最小化，这实现了最佳开关性能。

图1A示出了具有“n”个输入和“m”个输出的示例性多刀多掷交叉开关100的示意图。在图1A的4P4T示例中，“n”等于4，并且“m”也等于4。由于用于将每个输入连接到每个输出的RF开关分支的数目，RF部分的芯片布局变大，这又会导致一些选定路径的连接线变长。开关分支以矩阵形式布置，并且通过长的、水平和垂直的金属布线或迹线来连接，如图1A所示，传输线元件TL_A/B,m,n耦合至单个开关单元SW_m,n。每个传输线元件都包括串联电感和电阻元件以及耦合至地的并联电容元件。每个传输线元件TL_A/B,m,n可由包括串联电感和电阻元件以及并联电容元件(在图1A中未单独示出)的集总(lumped)模型表示。因此，本文使用的传输线元件符号是指传输具有相关联的电阻、电感和/或电容元件的金属迹线的传输线元件，而不是指传输具有耦合至地的屏蔽的同轴电缆的一部分。开关单元包括多个单独的开关，并且下面将进一步详细描述。开关100还包括耦合至列传输线的输入/输出节点RF,Am和耦合至行传输线的输入/输出(I/O)节点RF,Bn。

例如，与RF,A1节点相关联的第一列传输线108包括串联传输线元件TL_A1,1、TL_A2,1、TL_A3,1和TL_A4,1。又例如，与RF,B1节点相关联的第一行传输线110包括串联传输线元件TL_B1,1、TL_B1,2、TL_B1,3和TL_B1,4。剩余的行和列传输线包括类似的传输线元件。

每个RF I/O节点都具有一个相关联的调谐电感器(用于每条相应的列传输线的L_A1、L_A2、L_A3或L_A4以及用于每条行传输线的L_B1、L_B2、L_B3或L_B4)，其尺寸被设计为使所有开关路径的插入损耗最小化。

开关100的每条传输线包括一个调谐电感器的实施方式不是最佳的，这在将输入/输出RF,A1和输入/输出RF,B1之间的连接路径(RF,A1→RF,B1)的电感与输入/输出RF,A1和输入/输出RF,B4之间的连接路径(RF,A1→RF,B4)的电感进行比较时变得明显：

连接路径RF,A1→RF,B1：沿着该连接路径的总电感为L_A1+L_TLA1+L_TLB1+L_B1，其中L_XY是RF路由传输线的一个对应段的电感；以及

连接路径RF,A1→RF,B4：连接I/O节点或端口RF,A1到RF,B4的长RF线路连接路径导致明显更高的电感：L_A1+4*L_TLA1+L_TLB4,1+L_B4(如果所有线路电感L_TLA1具有相同值)。

在大开关(诸如4P4T交叉开关)的情况下，RF路由传输线的总电感可以在～0.8nH到1.0nH的级别，并且通常可与调谐电感的电感相当。对于这种情况，总电感的差值很容易超过600pH。

匹配交叉开关100中的不同RF路径的这种差异会导致插入损耗、隔离和回波损耗变化以及开关不同路径的谐波和击穿性能降低。

在图1B中示出用于开关100的代表性开关单元SW_1,1，其包括第一节点或“A”总线(或传输线)节点102和第二节点或“B”总线(或传输线)节点106。第一单独开关SW_A耦合在第一节点102和内部开关节点104之间。第一单独开关SW_A由控制信号CTRL_A控制，控制信号CTRL_A例如由图1B中未示出的微处理器或系统控制器提供。第二单独开关SW_B耦合在内部开关节点104和第二节点106之间。第二单独开关SW_B由控制信号CTRL_B控制，控制信号CTRL_B例如也由图1B中未示出的微处理器或系统控制器提供。第三单独开关SW_C耦合在内部开关节点104和地之间。第三单独开关SW_C由控制信号CTRL_C控制，控制信号CTRL_C例如也由图1B中未示出的微处理器或系统控制器提供。代表性开关单元SW_1,1的其它实施例也可用于开关100。例如，在图1C中，示出了“L形”开关，其中，单独开关SW_A被移除并且用短路连接替代。在图1D的实施例中，简单的单独开关SW_A耦合在开关节点102和106之间。

图1E是图1A的RF交叉开关的布局图，其中，调谐电感器L_A1、L_A2、L_A3、L_A4和L_B1、L_B2、L_B3、L_B4中的每一个都被示为物理电感器，列传输线被示为金属迹线A1、A2、A3和A4，并且行传输线被示为金属迹线B1、B2、B3和B4。输入/输出节点和开关单元与前面图1A所示的相同。

图1F是图1A的示意图，其进一步包括高亮显示的交叉开关部分200，其包括一行的单独开关单元。交叉开关部分200用于更好地解释示例性交叉开关100和具有改进的开关路径阻抗均衡的交叉点开关或交叉开关的实施例。下面参照图2A至图2E进一步详细描述根据一些实施例的交叉开关部分200和用于部分200的替换分支结构。

简而言之，图2A是图1A的RF交叉开关100的部分200的示意图；图2B是根据一个实施例的RF交叉开关的部分202的示意图，其对应于部分200但使用分支结构传输线来代替直传输线；图2C是图1A的RF交叉开关100的部分200的布局图；图2D是根据一个实施例的RF交叉开关的部分202的布局图，其对应于部分200但使用分支结构传输线来代替直传输线；以及图2E是根据一个实施例的RF交叉开关的部分218A和218B的组合示意和布局图，其总体上对应于部分200但示出了分支结构传输线的进一步细节。

代替图1A和图1C所示的直传输线RF连接，使用不平衡分支结构(最好参见图2B、图2D和图2E，并在下面进一步详细描述)来替换至少一些直传输线RF连接。在实施例中，当特定开关分支不需要特定均衡时，特定传输线可保持直线。在其他实施例中，除了一条传输线之外，所有传输线都可保持直线。在一些实施例中，交叉开关的每条传输线将被不平衡分支结构代替。

图2A是图1A的示例性RF交叉开关的部分200的示意图，示出了与I/O节点RF,B1相关联的第一行传输线，包括调谐电感器L_B1、传输线元件TL_B1,1、TL_B1,2、TL_B1,3和TL_B1,4以及开关单元SW_1,1、SW_1,2、SW_1,3和SW_1,4。图2A还示出了I/O节点RF,A1、RF,A2、RF,A3、和RF,A4以及对应的调谐电感器L_A1、L_A2、L_A3和L_A4。

图2B是根据一个实施例的RF交叉开关的部分202的示意图，该部分202替换了一个实施例交叉开关所示的部分200。虽然I/O节点、调谐电感器和开关单元类似于交叉开关部分200中的节点、调谐电感器和开关单元，但是行传输线不同，并且示出了将在下面进一步详细描述的分支结构。部分202的行传输线包括第一连接线，其包括传输线元件208。第二连接线包括传输线元件210和212。第一传输线在内部连接点或节点“A”处连接到第二传输线。第三连接线包括用于连接到开关单元SW_1,1和SW_1,2的传输线元件204和206，并且第四连接线包括用于连接到开关单元SW_1,3和SW_1,4的传输线元件214和216。传输线元件208和210包括处于互感配置的电感，如参照图2D和图2E进一步示出和描述的。如图2D和图2E中进一步详细示出的，传输线元件204、206、212、214和216包括作为金属迹线的自感的电感。

图2C是图1A的示例性RF交叉开关的部分200的布局图，示出了与图2A相同的部件。然而，这些部件被示为物理布局元件。例如，行传输线被示为金属迹线B1。如在布局上显示的，调谐电感器被示为物理电感器。

图2D是根据一个实施例的RF交叉开关的部分202的布局图，示出了与图2B相同的部件。然而，这些部件被示为物理布局元件。例如，第一、第二、第三和第四连接线被示为包括被示为金属迹线的部分的传输线元件204、206、208、210、212、214和216。

在一个实施例中，可以在图2E中的等效交叉开关部分(行传输线)218A和218B中看到传输线分支结构的进一步细节。交叉开关部分218A是电感示意图形式的分支传输线，并且总体上对应于先前描述的图2B的交叉开关部分202。交叉开关部分218B是布局图形式的相同分支传输线，并且总体上对应于先前描述的图2D的交叉开关部分202。分支结构的第一分支包括耦合至I/O节点RF,B1的第一连接线220，包括电感L₁和电感L_2A。分支结构的第二分支包括第二连接线222，其包括电感L_2B和L_2X。分支结构的第三分支包括用于连接到开关SW_1,1和SW_1,2的第三连接线224。分支结构的第四分支包括用于连接到开关SW_1,3和SW_1,4的第四连接线226。第一连接线和第二连接线在内部连接点或节点“A”处耦合到一起。电感L₁与第一连接线220的自感相关联，并且电感L_2X与第二连接线222的自感相关联。电感L_2A和电感L_2B处于具有长度“l”和将第一连接线与第二连接线分开的内部距离“d”的互感配置。“点约定”示出了电感L_2A和L_2B处于反向互感配置，因为如下面进一步详细解释的，在一个实施例中，从电感L_2A流出的电流流过连接点“A”并流入电感L_2B。上述反向互感配置产生补偿效果，这允许交叉开关部分218A的分支结构的电感与开关中的其他类似分支结构相等。适当选择RF连接线之间的距离“d”、互感配置的长度“l”以及由此适当选择连接点“A”的位置允许通过利用由于电感器L_2A和L_2B的互感“M”而产生的补偿效应来修整连接线220和222的电感。

与电感器L_2A和L_2X(较短长度的传输线)相比，由于长度较长，因此需要电感器L_2A和L_2B的补偿效应来补偿L_2A+L_2B的较高自感。当开关SW_1,1和/或SW_1,2接通并且电流流入该特定分支时，产生补偿效应。

补偿效应的进一步细节如下所述。

在存在具有电流i2的第二电感器L₂(例如，图2E中的电感器L_2B)的情况下，由于电流i1，电感器L₁(例如，图2E中的电感器L_2A)两端的电压为：

V₁＝j*w*L₁*i1+j*w*M*i2。

当M＝k*sqrt(L₁*L₂)且两个电流i1和i2相等时，L₁的阻抗变为：

Z₁＝j*w*(L₁+k*sqrt(L₁*L₂))，对于简单并联线(L₁～L₂)，进一步简化为：

Z₁＝j*w*L₁*(1+k)

由于相反电流方向“k”变为负值，使得有效电感减小1-|k|倍，从而提供补偿效果。

因此，代替只使用单个公共调谐电感器，这种匹配元件可如图2E所示来分布。两个电感器L₁和L_2X可以单独优化，以使每个路径的插入损耗最小，并使它们的性能均衡。根据实施例，交叉开关中的每条水平和垂直传输线可使用图2E所示的类似分支结构，而且每个分支结构可以稍微不同以适应所使用的精确交叉开关布局。

如前所解释的，电感L₁与第一连接线220的自感相关联，并且电感L_2X与第二连接线222的自感相关联。因此，电感L₁和电感L_2X定义整个传输线的自感部分。电感L_2A和电感L_2B处于具有长度“l”和将第一连接线与第二连接线分开的内部距离“d”的互感配置。因此，电感L_2A和电感L_2B定义整个传输线的互感部分。第一传输线可被称为具有第一自感部分和第一互感部分。第二传输线可被称为具有第二自感部分和第二互感部分。

采用上述实施例概念，可以显著改善较大开关矩阵中最差性能路径上的所有相关RF性能参数，尽管不限于这些情况。图3示出了s参数与频率的曲线图300。迹线302、304、306和308均表示各个迹线的插入损耗(S21)。图3示出了作为示例的插入损耗的改进(相对于频率以dB为单位)：尽管接受对最佳性能路径施加的较小惩罚，但最坏情况路径的改进很大。图3示出了示例性交叉开关中的最佳性能路径302和最差性能路径304。图3还示出了实施例交叉开关中的最佳性能路径306和最差性能路径308。应注意，实施例交叉开关中的路径306和308的频率性能之间以dB为单位的差值小于示例性交叉开关的路径302和304的频率性能之间以dB为单位的差值。图3中所示的特定值只是一个示例，并且对于特定的交叉开关实施例可发生变化。然而，所有交叉开关实施例都将显示出相对于示例性交叉开关的最佳性能路径和最差性能路径之间的均衡的改进。

交叉开关可与分支结构相结合使用单独的调谐电感器，以进一步改进路径均衡，并且在交叉开关的设计中具有更大的灵活性。下面参照图4(一个调谐电感器)、图5(两个调谐电感器)和图6(三个调谐电感器)示出和描述使用单独调谐电感的交叉开关实施例。

图4是根据包括单个调谐电感器的实施例的RF交叉开关的分支结构部分的组合示意和布局图。部分418A为示意图形式，并且对应于先前在图2E中示出的部分218A，除了添加与电感L₁串联的调谐电感器L_B1。部分418B为布局图形式，并且对应于先前与图2E中示出的部分218B，除了添加调谐电感器L_B1。调谐电感器L_B1还可用于进一步调整分支结构部分418A的阻抗特性。

图5是根据包括两个调谐电感器的实施例的RF交叉开关的分支结构部分的组合示意和布局图。部分518A为示意图形式，并且对应于先前在图2E中示出的部分218A，除了添加与电感L₂和L_2X串联的两个附加调谐电感器L_B1A和L_B1B。部分518B为布局图形式，并且对应于先前在图2E中示出的部分218B，除了添加调谐电感器L_B1A和L_B1B。调谐电感器L_B1A和L_B1B也可用于进一步调整分支结构部分518A的阻抗特性。

图6是根据包括三个调谐电感器的实施例的RF交叉开关的一部分的组合示意和布局图，组合图4和图5所示的调谐电感器。部分618A为示意图形式，并且对应于先前在图2E中示出的部分218A，除了添加三个附加调谐电感器L_B1、L_B1A和L_B1B。部分618B为布局图形式，并且对应于先前在图2E中示出的部分218B，除了添加三个附加调谐电感器L_B1、L_B1A和L_B1B。调谐电感器L_B1、L_B1A和L_B1B也可用于进一步调整分支结构部分518A的阻抗特性。

因此，描述了具有用于耦合至开关单元的行和列的多条分支结构传输线的交叉开关。例如，在4P4T交叉开关中，四条分支结构传输线用于耦合至开关单元的四列，并且四条分支结构传输线用于耦合至开关单元的四行。本领域技术人员应理解，分支结构传输线的设计将高度依赖于交叉开关的布局。输入/输出焊盘的放置、开关单元的放置和布局设计、其他焊盘(例如一个或多个接地焊盘)的放置以及其他布局考虑因素将确定分支结构传输线的设计。在一些实施例中，并非所有分支结构传输线都必须具有相同的布局。然而，在一些实施例中，分支结构传输线中的一些可以相同，并且一些可以彼此对称。在其他实施例中，分支结构传输线中的一些可包括调谐电感，而其他则不包括。分支结构传输线包括若干设计因素选项，使得每条传输线的总阻抗基本均衡，包括：使用零到三个或更多个调谐电感器；第一和第二连接线的自感部分的长度；互感配置的长度；以及确定互感并如前所讨论由此确定补偿因子的第一和第二连接线之间的内部距离。

图7示出了制造RF开关的实施例方法700的流程图，该方法包括：在步骤702中，将第一互感部分添加到第一传输线的第一自感部分；在步骤704中，将第二互感部分添加到第二传输线的第二自感部分；以及在步骤706中，调整第一和第二互感部分的值以及第一和第二自感部分的值，以平衡第一传输线和第二传输线之间的阻抗差。在实施例制造方法700中，调整第一和第二互感部分的值可包括调整第一和第二互感部分的相应长度，或者包括调整第一和第二互感部分的相应内部距离。在实施例制造方法700中，调整第一和第二自感部分的值可包括调整第一和第二自感部分的相应长度。在实施例制造方法700中，将第一互感部分添加到第一传输线的第一自感部分包括：向第一传输线添加第一和第二并联连接线。类似地，将第二互感部分添加到第二传输线的第二自感部分可包括：向第二传输线添加第一和第二并联连接线。

实施例交叉开关可使用提供必要数量的布线层的不同封装类型来实施。实施例交叉开关也可以使用芯片上(集成电路)实施方式来实施，其使用利用多个布线层的不同半导体工艺。

本文描述的交叉开关实施例的优点在于，从单个元件匹配到分布式LC匹配允许每一个开关路径的单独匹配，使得产生具有更平衡RF性能的开关产品。

示例1.根据一个实施例，一种制造RF开关的方法包括：将第一传输线的第一互感部分添加到第一自感部分；以及将第二传输线的第二互感部分添加到第二自感部分，其中第一和第二互感部分的值以及第一和第二自感部分的值被配置为均衡第一传输线和第二传输线之间的阻抗差。

示例2.根据示例1的方法，其中配置第一和第二互感部分的值包括：配置第一和第二互感部分的相应长度。

示例3.根据上述任何示例的方法，其中配置第一和第二互感部分的值包括：配置第一和第二互感部分的相应内部距离。

示例4.根据上述任何示例的方法，其中配置第一和第二自感部分的值包括：配置第一和第二自感部分的相应长度。

示例5.根据上述任何示例的方法，其中将第一传输线的第一互感部分添加到第一自感部分包括：将第一和第二并联连接线添加到第一传输线。

示例6.根据上述任何示例的方法，其中将第二传输线的第二互感部分添加到第二自感部分包括：将第一和第二并联连接线添加到第二传输线。

示例7.一种用于RF开关的传输线，该传输线包括：第一连接线，包括第一和第二电感部分，其中第一连接线被连接在第一节点和内部节点之间；以及第二连接线，包括第三和第四电感部分，其中第三电感部分被连接在内部节点和第二节点之间，并且第四电感部分被连接在内部节点和第三节点之间，其中第一连接线的第二电感部分和第二连接线的第三电感部分处于互感配置。

示例8.根据示例7的传输线，其中互感配置被配置为补偿第一连接线的总电感的至少一部分以及补偿第二连接线的总电感的至少一部分。

示例9.根据上述任何示例的传输线，其中第一连接线与第二连接线并联。

示例10.根据上述任何示例的传输线，还包括耦合至第一、第二或第三节点中的至少一个节点的调谐电感器。

示例11.根据上述任何示例的传输线，还包括耦合至第二节点的至少一个开关单元。

示例12.根据上述任何示例的传输线，还包括耦合至第三节点的至少一个开关单元。

示例13.一种RF开关，包括：多个开关单元，布置为多行和多列，其中每个开关单元均包括第一节点和第二节点；第一多条传输线，分别耦合至位于多列的开关单元中的第一节点；以及第二多条传输线，分别耦合至位于多行的开关单元中的第二节点，其中第一多条传输线中的每条传输线均包括自感和互感部分，其中第二多条传输线中的每条传输线均包括自感和互感部分，并且其中自感和互感部分的值被配置为均衡第一和第二多条传输线中的每条传输线的阻抗。

示例14.根据示例13的RF开关，其中各个互感部分包括第一和第二并联连接线。

示例15.根据上述任何示例的RF开关，其中各个互感部分的值由各个互感部分的长度来确定。

示例16.根据上述任何示例的RF开关，其中各个互感部分的值由第一和第二并联连接线之间的距离来确定。

示例17.根据上述任何示例的RF开关，其中第一连接线还包括调谐电感器。

示例18.根据上述任何示例的RF开关，其中第二连接线还包括至少一个调谐电感器。

示例19.根据上述任何示例的RF开关，包括四刀四掷RF开关。

示例20.根据上述任何示例的RF开关，其中每个开关单元都包括多个单独的开关。

虽然本发明已参考示例性实施例进行了描述，但本说明书不用于进行限制。本领域技术人员参考说明书应理解说明性实施例的各种修改和组合以及本发明的其他实施例。因此，所附权利要求包含任何这种修改或实施例。