CMOS芯片和包括CMOS芯片的电子装置的制作方法

cmos芯片和包括cmos芯片的电子装置
1.本技术要求于2022年3月10日提交到韩国知识产权局的第10-2022-0029899号韩国专利申请和于2022年5月30日提交到韩国知识产权局的第10-2022-0066122号韩国专利申请的优先权，所述韩国专利申请的公开通过引用全部包含于此。
技术领域
2.本公开的实施例涉及互补金属氧化物半导体(cmos)芯片和包括cmos芯片的电子装置，更具体地，涉及能够同时或同期地支持不同类型的终端的cmos芯片和包括cmos芯片的电子装置。


背景技术：

3.无线保真(wi-fi)终端可被分类为要求更高性能的旗舰终端和走量终端(volume terminal)(例如，其不要求更高性能)。旗舰终端通过使用基于化合物(例如，gaas、sige等)的更高成本前端模块(fem)来实现聚焦于更高性能的前端解决方案。相比之下，走量终端不使用用于更高性能的更高成本fem。
4.然而，对走量终端中的wi-fi发送(tx)性能/效率提高的需求继续存在，并且附加地，除了现有频带(《5.9ghz)之外，对wi-fi 6e规范(～7.2ghz)的频率扩展也被要求。另外，即使旗舰终端在wi-fi性能上遭受一定程度的劣化，对使用更高成本fem的替代解决方案也在不断地被审视。


技术实现要素：

5.本公开的实施例提供能够支持混合型收发器的cmos芯片和包括cmos芯片的电子装置，在混合型收发器中，基于化合物装置的功率单元(pc)和基于互补金属氧化物半导体(cmos)工艺的无源设计被组合。
6.根据本公开的实施例，一种cmos芯片包括：信号转换电路，被配置为转换基带信号和rf信号；多个端口，rf信号通过所述多个端口被发送或接收，所述多个端口分别包括在第一发送路径、第二发送路径和接收路径中；以及多个匹配网络，连接到信号转换电路，所述多个匹配网络分别连接到所述多个端口，所述多个匹配网络之中的第一匹配网络包括外部匹配网络，并且外部匹配网络被配置为执行化合物半导体装置的阻抗匹配。
7.根据本公开的实施例，一种电子装置包括：处理电路系统，被配置为生成第一基带信号；rf芯片，被配置为，基于第一基带信号来生成发送rf信号，或者处理接收rf信号以获得第二基带信号；fem，被配置为，将发送rf信号引导到第一发送路径或第二发送路径中的一个，并且将接收rf信号引导到接收路径；以及天线，被配置为发送发送rf信号或者接收接收rf信号，其中，rf芯片包括：cmos芯片，包括信号转换电路、第一多个端口和多个匹配网络，信号转换电路被配置为生成发送rf信号或者处理接收rf信号，所述第一多个端口分别包括在第一发送路径、第二发送路径和接收路径中，所述多个匹配网络连接到信号转换电路，所述多个匹配网络分别连接到所述第一多个端口；第二多个端口，连接到fem，所述第二
多个端口分别包括在第一发送路径、第二发送路径和接收路径中；以及功率单元，在第一端口与第二端口之间，所述第一多个端口包括第一端口，所述第二多个端口包括第二端口，并且功率单元包括化合物半导体装置，并且所述多个匹配网络之中的第一匹配网络包括外部匹配网络，外部匹配网络被配置为执行化合物半导体装置的阻抗匹配。
8.根据本公开的实施例，一种电子装置包括：处理电路系统，被配置为生成第一基带信号；rf芯片，被配置为：基于第一基带信号来生成发送rf信号，或者处理接收rf信号以获得第二基带信号；fem，被配置为：放大发送rf信号以获得放大后的发送rf信号，并且将放大后的发送rf信号引导到第一发送路径，以及放大接收rf信号以获得放大后的接收rf信号，并且将放大后的发送rf信号引导到接收路径；以及天线，被配置为发送发送rf信号或者接收接收rf信号，其中，rf芯片包括：cmos芯片，包括信号转换电路、第一多个端口和多个匹配网络，信号转换电路被配置为生成发送rf信号或者处理接收rf信号，所述第一多个端口分别包括在第一发送路径、第二发送路径和接收路径中，所述多个匹配网络连接到信号转换电路，所述多个匹配网络分别连接到所述第一多个端口；以及第二多个端口，分别包括在第一发送路径、第二发送路径和接收路径中，并且所述多个匹配网络之中的第一匹配网络包括外部匹配网络，外部匹配网络被配置为执行化合物半导体装置的阻抗匹配，并且第二发送路径被去激活。
附图说明
9.提供每个附图的详细描述以便于更透彻地理解在本公开的详细描述中引用的附图。
10.图1是示出根据本公开的实施例的cmos芯片的示图。
11.图2是示出包括在cmos芯片中的信号转换电路的示图。
12.图3是示出包括在cmos芯片中的第二匹配网络的示图。
13.图4是示出图3的源匹配网络的示图。
14.图5是示出图3的外部匹配网络的示图。
15.图6是示出根据本公开的实施例的电子装置的示图。
16.图7是示出包括在图6的rf芯片中的功率单元的示图。
17.图8是示出图7的偏置电路的示图。
18.图9是示出图6的fem的示图。
19.图10是示出根据本公开的实施例的电子装置的示图。
20.图11是示出包括在图10的电子装置中的fem的示图。
具体实施方式
21.在下文中，本公开的实施例可被详细且清楚地描述至本领域普通技术人员可容易地实现本公开的实施例的程度。
22.图1是示出根据本公开的实施例的cmos芯片的示图。
23.参照图1，根据本公开的实施例的cmos芯片10包括信号转换电路20、第一端口至第三端口p1、p2和p3(例如，第一端口p1、第二端口p2和第三端口p3)和/或作为多个匹配网络的第一匹配网络至第三匹配网络30、40和60(例如，第一匹配网络(m/n 1)30、第二匹配网络
(m/n 2)40和第三匹配网络(m/n 3)60)。
24.信号转换电路20被配置为转换基带信号和rf信号。信号转换电路20可基于cmos工艺来实现(例如，根据cmos工艺来制造)。在本公开中，基带信号可用于统称为第一基带信号bb_1和第二基带信号bb_2，第一基带信号bb_1针对到通过发送路径发送的rf信号(在下文中，称为发送rf信号rf_tx)的转换而被提供，第二基带信号bb_2针对通过接收路径接收的rf信号(在下文中，称为接收rf信号rf_rx)的转换(例如，由转换产生)而被提供给处理器。在图1中，第一发送路径可包括第一匹配网络30和第一端口p1，第二发送路径可包括第二匹配网络40和第二端口p2，并且接收路径可包括第三匹配网络60和第三端口p3。另外，rf信号可用于统称为上述发送rf信号rf_tx和接收rf信号rf_rx。例如，信号转换电路20可接收第一基带信号bb_1以通过上变频操作将其转换为发送rf信号rf_tx，并且可将发送rf信号rf_tx提供给第一匹配网络30或第二匹配网络40。例如，信号转换电路20可通过下变频操作将接收rf信号rf_rx转换为第二基带信号bb_2。
25.信号转换电路20可将发送rf信号rf_tx引导到第一发送路径和/或第二发送路径中的一个。
26.根据实施例，信号转换电路20可根据第一模式和第二模式来切换第一发送路径和第二发送路径。详细地，根据切换，第一发送路径在第一模式下被激活以通过第一匹配网络30和第一端口p1来引导发送rf信号rf_tx，并且第二发送路径在第二模式下被激活以通过第二匹配网络40和第二端口p2来引导发送rf信号rf_tx。在这种情况下，第一发送路径可被配置为用比第二发送路径低的功率发送发送rf信号rf_tx，并且第二发送路径可被配置为用比第一发送路径高的功率发送发送rf信号rf_tx。因此，就输出而言，第一模式可被称为低性能模式，并且第二模式可被称为高性能模式。
27.根据实施例，信号转换电路20可根据化合物半导体装置是否包括在第二发送路径中来激活或去激活(例如，选择或取消选择)第二匹配网络40。在本公开中，化合物半导体装置可以是iii-v族化合物半导体装置(例如，高电子迁移率晶体管(phemt)或异质结双极晶体管(hbt))。可理解，当第二匹配网络40根据信号转换电路20而被去激活时，第二发送路径也被去激活。当第二发送路径被去激活时，仅第一发送路径用于发送发送rf信号rf_tx。
28.第一端口至第三端口p1、p2和p3被提供以分别发送发送rf信号rf_tx或接收接收rf信号rf_rx，并且分别连接到第一匹配网络至第三匹配网络30、40和60。第一端口p1和第二端口p2被提供以发送发送rf信号rf_tx，并且分别包括在第一发送路径和第二发送路径中。第三端口p3被提供以接收接收rf信号rf rx并且包括在接收路径中。
29.第一匹配网络至第三匹配网络30、40和60设置在第一端口至第三端口p1、p2和p3与信号转换电路20之间。第一匹配网络至第三匹配网络30、40和60可基于cmos工艺来实现(例如，根据cmos工艺来制造)。第一匹配网络至第三匹配网络30、40和60分别连接到信号转换电路20和用于阻抗匹配的第一端口至第三端口p1、p2和p3。根据实施例，第一匹配网络30被配置为执行用于支持第一发送路径的阻抗匹配，并且第三匹配网络60被配置为执行用于支持接收路径的阻抗匹配。
30.与第一匹配网络30和第三匹配网络60不同，第二匹配网络40包括用于化合物半导体装置的阻抗匹配的外部匹配网络(外部m/n)50。从cmos芯片10的角度来看，化合物半导体装置是外部装置，并且外部匹配网络50被附加地设置在专门用于与作为外部装置的化合物
半导体装置进行阻抗匹配的第二匹配网络40中。然而，如上所述，第二匹配网络40可被去激活，并且在这种情况下，外部匹配网络50也可被去激活。
31.根据上述cmos芯片10，在针对阻抗匹配提供的多个匹配网络之中，特别地，在与第二发送路径对应的第二匹配网络40包括用于与作为外部装置的化合物半导体装置进行阻抗匹配的附加外部匹配网络50时，可支持与常规的走量终端(volume terminal，或者批量终端、销量终端)相比有提高的性能的走量终端和以更高性能操作的旗舰终端两者。
32.另外，由于本公开的cmos芯片10的信号转换电路20以及第一匹配网络至第三匹配网络30、40和60可通过可以以较低成本实现的cmos工艺来实现(例如，根据该cmos工艺来制造)，因此本公开的cmos芯片10可在用较低成本cmos工艺实现的同时支持走量终端和旗舰终端两者。
33.图2是示出包括在cmos芯片中的信号转换电路的示图。
34.参照图2，信号转换电路20包括滤波器单元21、pll 24、混频器单元mix 1和mix 2(例如，第一混频器单元mix 1和第二混频器单元mix 2)、放大单元25和/或切换单元26。
35.滤波器单元21被提供以对基带信号进行滤波，并且可包括用于对第一基带信号bb_1进行滤波的第一滤波器22和用于对第二基带信号bb_2进行滤波的第二滤波器23。例如，滤波器单元21可被实现为低通滤波器(lpf)，并且滤波器的截止频率可被适当地设计以对基带信号进行滤波。
36.pll(锁相环)24生成用于上变频和/或下变频的本地振荡器(lo)信号，并将生成的lo信号“lo”传送到混频器单元mix 1和mix 2。
37.混频器单元mix 1和mix 2基于接收到的lo信号lo来执行混频操作。混频器单元mix 1和mix 2包括对第一基带信号bb_1进行上变频以生成发送rf信号rf_tx的第一混频器mix 1和对接收rf信号rf_rx进行下变频以生成第二基带信号bb_2的第二混频器mix 2。
38.放大单元25设置在混频器单元mix 1和mix 2与切换单元26之间，以放大发送rf信号rf_tx或接收rf信号rf_rx。放大单元25包括用于放大从混频器单元mix 1和mix 2转换的生成的发送rf信号rf_tx的驱动器放大器(da)和用于接收rf信号rf_rx的低噪声放大的低噪声放大器(lna)。在这种情况下，da可被实现以提高最大(或最高)输出功率下的回退效率。
39.切换单元26连接到放大单元25(详细地，包括在放大单元25中的da)、第一匹配网络30和第二匹配网络40，并且基于切换操作将发送rf信号rf_tx引导到包括第一匹配网络30的第一发送路径和包括第二匹配网络40的第二发送路径中的一个。切换单元26包括包含在第一发送路径中以根据切换来引导发送rf信号rf_tx的第一开关sw1、和包含在第二发送路径中以根据切换来引导发送rf信号rf_tx的第二开关sw2。
40.根据实施例，当化合物半导体装置包括在第二发送路径中时，第一开关sw1可在第一模式下接通以引导发送rf信号rf_tx，并且第二开关sw2可在第二模式下接通以引导发送rf信号rf_tx。因此，当第二开关sw2在第二模式下操作时，第二开关sw2可激活连接到切换单元26的第二匹配网络40。
41.根据实施例，当化合物半导体装置不包括在第二发送路径中时，第二开关sw2可总是断开(例如，可不是可选择的)。因此，连接到第二开关sw2的第二匹配网络40可被去激活。当第二匹配网络40被去激活时，发送rf信号rf_tx在第一开关sw1接通时被引导通过第一开
关sw1。
42.图3是示出包括在cmos芯片中的第二匹配网络的示图。
43.参照图3，第二匹配网络40包括第一引脚至第三引脚pin 1、pin 2和pin3、源匹配网络(源m/n)41、带隙基准(bgr)电路42和/或外部匹配网络50。
44.第一引脚至第三引脚pin 1、pin 2和pin 3是包括在第二端口p2中的引脚，并且分别连接到源匹配网络41、bgr电路42和/或外部匹配网络50。因此，可理解，源匹配网络41、bgr电路42和/或外部匹配网络50连接到第二端口p2。
45.源极匹配网络41连接到第一引脚pin 1，并且针对上述da与化合物半导体装置之间的阻抗匹配而被提供。源匹配网络41可基于cmos工艺来实现(例如，根据cmos工艺来制造)。
46.bgr电路42通过第二引脚pin 2提供参考信号v
ctrl
。参考信号v
ctrl
可以是例如参考电压或参考电流，并且可用于提供一致的偏置。
47.外部匹配网络50连接到第三引脚pin 3和天线端口ap，以提供作为外部装置的化合物半导体装置的阻抗匹配。在这种情况下，天线端口ap可对应于稍后将被描述的第五端口p5。外部匹配网络50可基于cmos工艺来实现(例如，根据cmos工艺来制造)。
48.图4是示出图3的源匹配网络的示图。
49.参照图4，根据实施例的源匹配网络41可包括用于提供阻抗匹配的具有连接到da的原边(primary side)和连接到第一引脚pin 1的副边(secondary side)的变压器、连接到变压器的原边和第一节点n1的电容器c1、以及连接到第一节点n1的vdd端口vdd。vdd端口vdd可通过第一引脚pin 1来提供vdd电压。噪声通过电容器c1从vdd电压被去除。
50.图5是示出图3的外部匹配网络的示图。
51.参照图5，根据实施例的外部匹配网络50可包括具有连接到与第三引脚pin 3连接的第二节点n2的一端和连接到天线端口ap的另一端的电容器c2、设置在第二节点n2与第三节点n3之间的电感器l1、连接到第三节点n3的电容器c3、以及连接到第三节点n3的vcc端口vcc。电容器c2和电感器l1将阻抗匹配提供给化合物半导体装置，并且从化合物半导体装置的角度来看可以是负载匹配网络。vcc端口vcc可通过第三引脚pin 3将vcc电压提供给化合物半导体装置。噪声通过电容器c3从vcc电压被去除。
52.由于与源匹配网络41和外部匹配网络50相关的以上描述仅是示例，因此实施例不限于此，并且可包括能够将阻抗匹配提供给外部装置的各种匹配网络。
53.根据上述本公开的第二匹配网络40，与第一匹配网络30和第三匹配网络60不同，在用于作为外部装置的化合物半导体装置的阻抗匹配的外部匹配网络50被附加地包括在第二匹配网络40中时，可支持与常规的走量终端相比有提高的性能的走量终端和以更高的性能操作的旗舰终端两者。因此，与常规的终端不同，根据实施例，用于旗舰终端和走量终端的cmos芯片10不被单独(或不同地)开发。第二匹配网络40可通过源匹配网络41和从外部装置的角度来看是负载匹配网络的外部匹配网络50来提供外部装置的阻抗匹配。特别地，由于负载匹配网络包括在通过cmos工艺实现(例如，根据cmos工艺制造)的第二匹配网络40中而不是包括在外部装置级中，因此可在最小化(或减小)由化合物半导体装置占据的面积的同时降低成本。
54.如上所述，与cmos芯片10相关的实施例已经被描述。在下文中，与包括cmos芯片10
的电子装置相关的实施例将被描述。电子装置可被称为收发器或终端。在下文中，与cmos芯片10相关的详细描述可用如上所述的描述替换以避免冗余。
55.图6是示出根据本公开的实施例的电子装置的示图。
56.参照图6，电子装置1000包括处理器100、射频(rf)芯片200、fem 300和/或天线ant。图6的电子装置1000可对应于上述走量终端。
57.处理器100可基于将被发送到通过网络与电子装置1000连接的另外的电子装置(例如，另外的电子装置1000、另外的用户设备和/或基站)的数据来生成基带信号，以将基带信号提供给rf芯片200。可选地，处理器100可从通过rf芯片200接收到的基带信号提取由另外的电子装置发送的数据。例如，处理器100可调制将被发送到另外的电子装置的数据，并且可通过转换调制后的数字数据来输出基带信号。例如，处理器100可通过转换从另外的电子装置接收到的基带信号来获得数字数据。处理器100也可被称为调制解调器。
58.根据实施例，电子装置1000可以是固定的或移动的，并且可表示可与另外的电子装置(例如，基站)通信以发送和接收数据和/或控制信息的任何装置。例如，电子装置1000可被称为用户设备(ue)、终端、终端设备、移动站(ms)、移动终端(mt)、用户终端(ut)、用户站(ss)、无线装置、手持装置等。
59.电子装置1000与另外的电子装置之间的网络可以是通过共享可用网络资源来支持多个用户之间的通信的无线通信网络。例如，在无线通信网络中，信息可以以各种多址方案(诸如，码分多址(cdma)、频分多址(fdma)、时分多址(tdma)、正交频分多址(ofdma)、单载波频分多址(sc-fdma)、ofdm(正交频分复用)-fdma、ofdm-tdma和ofdm-cdma)被发送。电子装置1000可通过上行链路ul和下行链路dl，或者通过侧行链路(诸如，装置到装置(d2d)连接)与另外的电子装置通信。
60.rf芯片200连接到处理器100，并且基于由处理器100生成的第一基带信号bb_1来生成发送rf信号rf_tx，或者处理接收rf信号rf_rx以获得第二基带信号bb_2。
61.根据实施例，rf芯片200包括如图6中所示的cmos芯片10、第四端口至第六端口p4、p5和p6(例如，第四端口p4、第五端口p5和第六端口p6)和/或功率单元210。cmos芯片10与图1至图3中所示的cmos芯片相同(或类似)。
62.第四端口至第六端口p4、p5和p6分别连接到包括在cmos芯片10中的第一端口至第三端口p1、p2和p3。第四端口至第六端口p4、p5和p6分别包括在第一发送路径、第二发送路径和接收路径中。因此，第一发送路径被定义为包括第一匹配网络30、第一端口p1和第四端口p4的路径，第二发送路径被定义为包括第二匹配网络40、第二端口p2和第五端口p5的路径，并且接收路径被定义为包括第三匹配网络60、第三端口p3和第六端口p6的路径。由于第四端口至第六端口p4、p5和p6连接到fem 300，因此它们也可被称为天线端口ap。
63.根据实施例，rf芯片200可被实现为倒装芯片球栅格阵列(fc-bga)，并且第四端口至第六端口p4、p5和p6可通过再分布层(rdl)连接到cmos芯片10。
64.功率单元210设置在第二端口p2与第五端口p5之间。因此，可理解，功率单元210包括在第二发送路径中。功率单元210可包括化合物半导体装置，并且可被配置为进一步放大发送rf信号rf_tx的功率。包括在功率单元210中的化合物半导体装置可经受基于第二匹配网络40的阻抗匹配。由于功率单元210包括与cmos芯片10不同的化合物半导体装置，因此它可通过ic设计技术而不是cmos工艺来实现(例如，根据ic设计技术制造)。因此，rf芯片200
可通过cmos工艺和基于化合物半导体装置的ic设计技术被实现为混合形式。
65.rf芯片200基于cmos芯片10根据第一模式和/或第二模式将发送rf信号rf_tx引导到第一发送路径和/或第二发送路径中的一个。例如，在以较低功率的发送被选择的第一模式的情况下，rf芯片200可将发送rf信号rf_tx引导到第一发送路径，并且在以更高功率的发送被选择的第二模式的情况下，rf芯片200可将发送rf信号rf_tx引导到包括功率单元210的第二发送路径。rf芯片200通过信号转换电路20根据第一模式和第二模式来切换第一发送路径和第二发送路径。在第一发送路径的情况下，发送rf信号rf_tx通过信号转换电路20而被发送，而在第二发送路径的情况下，发送rf信号rf_tx通过功率单元210和信号转换电路20而被发送。因此，发送rf信号rf_tx可通过包括在信号转换电路20中的da和功率单元210以更高的输出被放大。
66.rf芯片200可通过连接接口(诸如，以移动产业处理器接口(mipi)为例)连接到fem 300，以控制fem 300。在第一模式下，rf芯片200可允许fem 300将发送rf信号rf_tx引导到第一发送路径，并且在第二模式下，rf芯片200可允许fem 300将发送rf信号rf_tx引导到第二发送路径。
67.rf芯片200通过包括在cmos芯片10中的第一匹配网络至第三匹配网络30、40和60来提供阻抗匹配。特别地，由于第二匹配网络40包括用于包括在功率单元210中的化合物半导体装置的阻抗匹配的外部匹配网络50，因此化合物半导体装置的线性度可被确保(或提高)。
68.fem 300连接到rf芯片200，并将发送rf信号rf_tx和接收rf信号rf_rx引导到第一发送路径、第二发送路径和/或接收路径中的一个。例如，fem 300将发送rf信号rf_tx提供给天线ant和/或将接收rf信号rf_rx提供给rf芯片200。
69.根据实施例，fem 300可通过印刷电路板(pcb)或柔性pcb(fpcb)连接到第四端口至第六端口p4、p5和p6。另外，根据实施例，fem 300可通过连接接口(诸如，mipi)连接到rf芯片200，并且可在rf芯片200的控制下操作。
70.天线ant可被实现为一个或多个天线，并且被配置为发送发送rf信号rf_tx和/或接收接收rf信号rf_rx。根据实施例，电子装置1000可通过第二发送路径经由天线ant来发送发送rf信号rf_tx(例如，通过功率单元210来放大发送rf信号rf_tx)。
71.根据上述电子装置1000，通过提供包括化合物半导体装置的功率单元210，即使在不使用更高成本fem 300的走量终端中也可具有更高功率和更高效率发送/接收特性。常规的走量终端用可以以较低成本实现的cmos工艺来实现，但是基于cmos工艺的ic(集成电路)设计技术由于其高拐点电压(v
knee
)和低击穿电压而在获得更高功率和更高效率发送器特性方面被限制。相比之下，由于本公开的实施例可使用化合物半导体装置和cmos工艺以混合形式被实现，因此本公开可在单位成本和性能方面具有优势。另外，由于化合物半导体装置的阻抗匹配通过在cmos工艺中实现的外部匹配网络50而被提供，因此线性度可被确保(或提高)并且单位成本可被降低。
72.图7是示出包括在图6的rf芯片200中的功率单元的示图。在图7中，为了方便，包括在功率单元210中的化合物半导体装置tr被示出为hbt，但是如上所述，化合物半导体装置tr可被理解为包括所有iii-v族化合物半导体装置(或从所有iii-v族化合物半导体装置之中被选择)。
73.参照图7，功率单元210包括第四引脚至第六引脚pin 4、pin 5和pin 6(例如，第四引脚pin 4、第五引脚pin 5和第六引脚pin 6)、第一双向二极管220、偏置电路230、化合物半导体装置tr、内部匹配网络240和/或第二双向二极管250。
74.第四引脚至第六引脚pin 4、pin 5和pin 6是包括在第二端口p2中的引脚。第四引脚至第六引脚pin 4、pin 5和pin 6连接到第一引脚至第三引脚pin1、pin 2和pin 3，以输入和输出与功率单元210的操作相关的信号。
75.第一双向二极管220连接到与第四引脚pin 4连接的第四节点n4和化合物半导体装置tr的发射极，并且可防止或减少由静电放电(esd)应力造成的对功率单元210的损坏。
76.偏置电路230连接到第五引脚pin 5和第五节点n5，以将偏置电压施加到化合物半导体装置tr。由于第五引脚pin 5通过上述第二引脚pin 2连接到bgr电路42，因此偏置电路230可从bgr电路42接收参考信号v
ctrl
，以将偏执电压提供给化合物半导体装置tr。稍后将描述偏置电路230的详细描述。
77.如上所述，为了方便，由于化合物半导体装置tr在图7中被示出为hbt，因此描述将基于hbt。化合物半导体装置tr的基极连接到第五节点n5，并且发送rf信号rf_tx通过连接在第四节点n4与第五节点n5之间的用于耦合的电容器c4而被输入。化合物半导体装置tr的集电极和发射极连接到内部匹配网络240。由于内部匹配网络240连接到第六引脚pin 6，因此化合物半导体装置tr放大发送rf信号rf_tx并将其输出到第六引脚pin 6。
78.内部匹配网络240连接到化合物半导体装置tr的集电极和发射极以及第六引脚pin 6。从化合物半导体装置tr的角度来看，内部匹配网络240可提供阻抗匹配作为负载匹配网络。
79.根据实施例，如所示出的，内部匹配网络240可包括电感器l2和/或电容器c5，电感器l2具有连接到化合物半导体装置tr的集电极的一端和连接到第二双向二极管250的另一端，电容器c5具有连接到与化合物半导体装置tr的发射极连接的第六节点n6的一端和连接到第六引脚pin 6的另一端。上述内部匹配网络240的电感器l2和电容器c5以及图3的电感器l1可提供阻抗匹配作为l选择性匹配网络。在这种情况下，当电感器l1具有低q值时，电容器c5可被实现为具有高q值，以便补偿由此引起的损耗。由于内部匹配网络240的上述配置仅是示例，因此实施例不限于此，并且可以以能够将阻抗匹配提供给化合物半导体装置tr的各种形式来配置。
80.第二双向二极管250连接在内部匹配网络240与连接到化合物半导体装置tr的发射极的第六节点n6之间。与第一双向二极管220类似，第二双向二极管250可防止或减少由于esd应力对功率单元210的损坏。
81.图8是示出图7的偏置电路的示图。
82.参照图8，根据实施例，偏置电路230包括线性化器231、基极镇流电阻器阵列(base ballast resistor array)232和/或温度补偿器233。
83.线性化器231包括第一hbt“hbt1”和连接到第七节点n7的电容器cp，第一hbt“hbt1”具有连接到用于提供参考信号v
ctrl
而提供的v
ctrl
端口的集电极、连接到第七节点n7的基极和连接到第一电阻器r1的发射极。
84.基极镇流电阻器阵列232连接到第一电阻器r1和第五节点n5，并且包括多个镇流电阻器rb1至rbn。参考信号v
ctrl
可通过基极镇流电阻器阵列232而被施加到第五节点n5。
85.温度补偿器233包括连接到v
ctrl
端口和第七节点n7的第二电阻器r2、具有连接到第七节点n7的集电极和基极及连接到第八节点n8的发射极的第二hbt“hbt2”、以及具有连接到第八节点n8的集电极和基极及接地的发射极的第三hbt“hbt3”。
86.偏置电路230可如下操作。
87.首先，包括在线性化器231中的第一hbt“hbt1”作为电压源/电流源来操作。随着功率增加，第一hbt“hbt1”的rf输入功率泄漏增大。在这种情况下，基极端接的(base-terminated)第一hbt“hbt1”可被认为作为成为整流器的pn二极管来操作。因此，由第一hbt“hbt1”整流的dc(直流)电流补偿基极和发射极处的电压降。由于dc电流随着温度升高而增大，因此包括在温度补偿器233中的第二hbt“hbt2”、第三hbt“hbt3”和第二电阻器控制第七节点n7的电压，以降低化合物半导体装置tr在更高温度下的基极电压。
88.根据上述偏置电路230，通过偏置电路230偏置的化合物半导体装置的线性度可被确保(或提高)。常规的偏置电路仅用电源电压、基极偏置电阻器和镇流电阻器来实现，这样，由于随着输出增大而增大的基极电流ib，化合物半导体装置的基极-发射极电压v
be
减小，导致降低的线性度。相比之下，在根据本公开的实施例的偏置电路230的情况下，即使基极电流ib随着输出的增大而增大，基极-发射极电压v
be
也被恢复，因此线性度可被确保(或提高)。
89.图9是示出图6的fem的示图。
90.参照图9，fem 300包括包含在第一发送路径、第二发送路径和接收路径中的每个中的多个开关sw4、sw5和sw6。多个开关sw4、sw5和sw6通过切换操作将发送rf信号rf_tx引导到第一发送路径或第二发送路径，或者通过切换操作将接收rf信号rf_rx引导到接收路径。例如，多个开关sw4、sw5和sw6可被实现为如所示出的sp3t型开关。
91.根据实施例，fem 300仅包括多个开关sw4、sw5和sw6，并且不包括单独的放大器。因此，由于图6的电子装置1000的fem 300仅用天线ant执行信号发送操作而不是rf信号放大操作，并且放大操作在能够以更低的成本实现的同时通过上述功率单元210来执行，因此电子装置1000的fem300与常规的走量终端的性能相比可具有更高的性能。
92.图10是示出根据本公开的实施例的电子装置的示图。
93.参照图10，电子装置2000包括处理器100、射频(rf)芯片400、fem500和/或天线ant。图10的电子装置2000可对应于上述旗舰终端。在下文中，可省略与图6的重叠部分的详细描述以避免冗余。
94.处理器100将第一基带信号bb_1提供给rf芯片400，和/或从rf芯片400接收并处理第二基带信号bb_2。
95.rf芯片400基于由处理器100生成的第一基带信号bb_1来生成发送rf信号rf_tx，和/或处理接收rf信号rf_rx以获得第二基带信号bb_2。
96.在根据实施例的图10的电子装置2000中，与图6中不同，第二发送路径被去激活。详细地，功率单元不包括在第二端口p2与第五端口p5之间，并且第二端口p2与第五端口p5彼此断开连接。因此，信号转换电路20使第二匹配网络40去激活。例如，在信号转换电路20中，图2中示出的切换单元26可通过断开第二开关sw2来使第二匹配网络40去激活。因此，图10的rf芯片400不将发送rf信号rf_tx引导到第二发送路径。
97.根据实施例，由于第二匹配网络40被去激活，因此fem 500通过包括在rf芯片400
的信号转换单元(例如，信号转换电路20)中的da而被驱动。由于da可针对如上所述的高效率回退性能而被设计，因此可在没有功率的损耗(或有减少的损耗)的情况下驱动fem 500。
98.根据实施例，由于第二匹配网络40被去激活，因此包括在rf芯片400中的第四端口p4和第六端口p6分别连接到包括在cmos芯片10中的第一端口p1和第三端口p3，但是第五端口p5和第二端口p2彼此断开连接。因此，第四端口p4和第六端口p6可通过rdl连接到cmos芯片10，但是第五端口p5与cmos芯片10断开连接。
99.rf芯片400可通过连接接口连接到fem 500以控制fem 500。尽管第二发送路径被去激活，但是rf芯片400仍然可在有较低性能的第一模式和有更高性能的第二模式下操作。详细地，rf芯片400在第一模式和第二模式两者中使第二匹配网络40去激活并且仅激活第一匹配网络30，以将发送rf信号rf_tx传送到fem 500。此后，rf芯片400允许fem 500在第一模式下以相对低输出放大发送rf信号rf_tx，并且允许fem 500在第二模式下以相对高输出放大发送rf信号rf_tx。稍后将描述fem 500的控制的详细描述。
100.fem 500连接到rf芯片400，放大发送rf信号rf_tx和/或接收rf信号rf_rx，并将放大后的rf信号引导到第一发送路径和/或接收路径中的一个。
101.根据实施例，fem 500可通过pcb或fpcb连接到第四端口p4和第六端口p6。由于第二端口p2和第五端口p5如上所述被去激活，因此fem 500与rf芯片400之间通过第五端口p5的连接被断开连接。另外，根据实施例，fem 500可通过连接接口(诸如，mipi)连接到rf芯片400，并且可在rf芯片400的控制下操作。
102.天线ant发送发送rf信号rf_tx，和/或接收接收rf信号rf_rx。根据实施例，电子装置2000可根据第一模式或第二模式经由天线ant发送发送rf信号rf_tx。
103.图11是示出包括在图10的电子装置中的fem的示图。
104.参照图11，fem 500包括输入切换单元510、fem放大单元520和/或输出切换单元530，并将发送rf信号rf_tx引导到包括在第一发送路径中的第一分支路径和/或第二分支中的一个。
105.输入切换单元510连接到rf芯片400，并且包括第七开关sw7和第八开关sw8。输入切换单元510通过第一发送路径从rf芯片400接收发送rf信号rf_tx，并且第七开关sw7或第八开关sw8基于开关sw7和sw8中的一个被接通的切换操作，而通过第一分支路径和/或第二分支路径中的一个将从rf芯片400接收到的发送rf信号rf_tx施加到放大单元。
106.fem放大单元520包括低功率放大器(lpa)、高功率放大器(hpa)和lna。lpa和hpa分别放大发送rf信号rf_tx并将其发送到输出切换单元530，并且lna以低噪声放大接收rf信号rf_rx并将放大后的接收rf信号rf_rx发送到rf芯片400。lpa和hpa可分别在第一模式和第二模式下操作。详细地，在作为低性能模式的第一模式下，被配置为用相对低的功率放大发送rf信号rf_tx的lpa进行操作，并且在作为高性能模式的第二模式下，被配置为用相对高的功率放大发送rf信号rf_tx的hpa进行操作。
107.输出切换单元530基于切换操作引导发送rf信号rf_tx和接收rf信号rf_rx。输出切换单元530包括通过第一分支路径和第二分支路径将发送rf信号rf_tx引导到天线ant的第九开关sw9和第十开关sw10、以及通过接收路径将接收rf信号rf_rx引导到fem放大单元520的第十一开关sw11。
108.如上所述，根据实施例，fem 500通过包括第七开关sw7、lpa和第九开关sw9的第一
分支路径、包括第八开关sw8、hpa和第十开关sw10的第二分支路径、以及包括lna和第十一开关sw11的接收路径来放大和引导发送rf信号rf_tx和/或接收rf信号rf_rx。由于fem 500在第一模式下操作时将发送rf信号rf_tx引导到第一分支路径，因此fem 500通过lpa以相对低的功率放大发送rf信号rf_tx。由于fem 500在第二模式下操作时将发送rf信号rf_tx引导到第二分支路径，因此fem 500通过hpa以相对高的功率放大发送rf信号rf_tx。
109.根据上述电子装置2000，与图6的电子装置1000不同，由于包括化合物半导体装置的功率单元210被去除，并且发送rf信号rf_tx通过包括在fem 500中的lpa和hpa被放大，因此更高性能发送/接收操作是可行的。由于包括在cmos芯片10中的第二匹配网络40在化合物半导体装置不包括在第二发送路径中时被去激活，因此化合物半导体装置可在不影响电子装置2000的性能的情况下被去除。因此，即使与图6的电子装置1000的cmos芯片相同的cmos芯片10(或类似的cmos芯片10)被安装，也可作为旗舰终端操作。
110.根据本公开的实施例，可支持基于化合物装置的功率单元和基于cmos工艺的无源设计被组合的混合型收发器。
111.用于无线通信的常规装置可被实现为走量终端或旗舰终端。走量终端缺乏旗舰终端的更高成本和更高性能fem，并因此提供不足的通信性能。此外，常规装置根据相应的常规装置将被实现为走量终端还是旗舰终端而被单独地(例如，不同地)开发，从而导致过高的成本(例如，由于在并行地开发和/或生产不同装置时的努力和资源消耗的重复)。
112.然而，根据实施例，改善的cmos芯片与包含cmos芯片的改善的电子装置一起被提供。cmos芯片可在这样的改善的电子装置中使用，以实现为走量终端或旗舰终端，从而相对于单独开发和/或生产的常规装置的开发和/或生产成本，降低开发和/或生产成本。此外，用于生产(例如，制造)cmos芯片的cmos工艺的实施是较低成本工艺，相对于常规装置的生产成本，进一步降低生产成本。
113.附加地，根据实施例，当在实现为走量装置(例如，没有更高成本fem)的改善的电子装置中使用时，cmos芯片可相对于常规装置的通信性能提供提高的通信性能。例如，cmos芯片可包括被配置为匹配包括在改善的电子装置的rf芯片中的化合物半导体装置的阻抗的匹配网络。与缺少这样的化合物半导体装置的常规装置相比，包括cmos芯片和化合物半导体装置的改善的电子装置可在没有实现为旗舰终端的电子装置的更高成本fem的情况下提供提高的通信性能。因此，改善的cmos芯片和改善的电子装置克服了常规装置的缺陷，以至少降低成本和/或提高通信性能。
114.根据实施例，在此描述为由cmos芯片10、第一匹配电路30、第三匹配电路60、信号转换电路20、信号转换电路20的“滤波器单元21、pll 24、第一混频器单元mix 1、第二混频器单元mix 2、放大单元25、切换单元26、第一滤波器22、第二滤波器23、da、lna”、bgr电路42、电子装置1000、处理器100、rf芯片200、fem 300、第一双向二极管220、第二双向二极管250、电子装置2000、rf芯片400、fem 500、fem放大单元520、fem放大单元520的lpa、hpa和/或lna执行的操作可由处理电路系统执行。本公开中使用的术语“处理电路系统”可表示例如包括逻辑电路的硬件；硬件/软件组合(诸如，执行软件的处理器)；或它们的组合。例如，处理电路系统更具体地可包括但不限于中央处理器(cpu)、算术逻辑单元(alu)、数字信号处理器、微型计算机、现场可编程门阵列(fpga)、片上系统(soc)、可编程逻辑单元、微处理器、专用集成电路(asic)等。
115.根据实施例，在此讨论的切换(例如，切换操作(诸如，相应开关的选择性打开/闭合))可由处理电路系统执行。根据实施例，结合例如切换单元26、包括在fem 300中的多个开关sw4、sw5和sw6、输入切换单元510和输出切换单元530讨论的切换可各自由处理电路系统控制。根据实施例，切换可由处理器100控制。根据实施例，用于控制切换的处理电路系统可包括在例如信号转换电路20、rf芯片200、fem 300、rf芯片400、fem 500、和/或cmos芯片10、电子装置1000和/或电子装置2000内的其他地方。根据实施例，用于控制结合包括在fem 300中的多个开关sw4、sw5和sw6讨论的切换的处理电路系统可由包括在rf芯片200中的处理电路系统经由通过连接接口发送的控制信号来控制。根据实施例，用于控制结合输入切换单元510和输出切换单元530讨论的切换的处理电路系统可各自由包括在rf芯片400中的处理电路系统经由通过连接接口发送的控制信号来控制。根据实施例，用于选择第一模式或第二模式的切换可基于电子装置(例如，电子装置1000或电子装置2000)是否被生产为包括功率单元210而由生产商(例如，自动地或由技术人员)执行。根据实施例，处理电路系统被配置为基于到功率单元210的连接是否被检测到(例如，在第二端口p2处)来控制切换以选择第一模式或第二模式。
116.上述方法的各种操作可由能够执行操作的任何合适的装置(诸如，以上讨论的处理电路系统)来执行。例如，如上所讨论的，上述方法的操作可由各种硬件和/或以某种形式的硬件实现的软件(例如，处理器、asic等)来执行。
117.软件可包括用于实现逻辑功能的可执行指令的有序列表，并且可以以任何“处理器可读介质”来实现，以由指令执行系统、设备或装置(诸如，单核或多核处理器或包含处理器的系统)使用或者结合指令执行系统、设备或装置(诸如，单核或多核处理器或包含处理器的系统)来使用。
118.结合在此公开的实施例描述的方法或算法和功能的块或操作可直接以硬件、以由处理器执行的软件模块、或以两者的组合来实现。如果以软件来实现，则功能可作为一个或多个指令或代码被存储在有形的非暂时性计算机可读介质上或通过有形的非暂时性计算机可读介质传送。软件模块可驻留在随机存取存储器(ram)、闪存、只读存储器(rom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)、寄存器、硬盘、可移动盘、cd rom或本领域已知的任何其他形式的存储介质中。
119.将理解，当元件被称为“连接”或“结合”到另一元件时，它可直接连接或结合到另一元件，或者可存在中间元件。如在此使用的，术语“和/或”包括相关所列项中的一个或多个的任何和所有组合。
120.以上是用于实施本公开的特定示例。简单地改变设计或容易地改变设计的实施例以及上述示例可包括在本公开中。另外，实施例可包括通过使用以上示例容易地改变和实现的技术。虽然已经参照本公开的实施例描述了本公开，但是对于本领域普通技术人员将清楚的是，在不脱离如所附权利要求中阐述的本公开的精神和范围的情况下，可对其做出各种改变和修改。

技术特征：
1.一种cmos芯片，包括：信号转换电路，被配置为转换基带信号和射频信号；多个端口，射频信号通过所述多个端口被发送或接收，所述多个端口分别包括在第一发送路径、第二发送路径和接收路径中；以及多个匹配网络，连接到信号转换电路，所述多个匹配网络分别连接到所述多个端口，所述多个匹配网络之中的第一匹配网络包括外部匹配网络，并且外部匹配网络被配置为执行化合物半导体装置的阻抗匹配。2.根据权利要求1所述的cmos芯片，其中，信号转换电路被配置为基于化合物半导体装置是否被包括在第二发送路径中来激活或去激活第一匹配网络。3.根据权利要求1所述的cmos芯片，其中，信号转换电路和所述多个匹配网络基于cmos工艺被实现。4.根据权利要求1至3中的任何一项所述的cmos芯片，其中，信号转换电路包括：滤波器单元，被配置为对基带信号进行滤波；锁相环，被配置为生成本地振荡器信号；混频器单元，被配置为：基于本地振荡器信号对基带信号进行上变频以生成射频信号，或者对射频信号进行下变频以生成基带信号；放大单元，被配置为放大射频信号；以及切换单元，被配置为基于切换操作将射频信号引导到第一发送路径和第二发送路径中的一个。5.根据权利要求4所述的cmos芯片，其中，切换单元被配置为：当化合物半导体装置包括在第二发送路径中时，激活第一匹配网络；以及当化合物半导体装置未包括在第二发送路径中时，使第一匹配网络去激活。6.根据权利要求4所述的cmos芯片，其中，第一匹配网络还包括：源匹配网络，连接到放大单元和所述多个端口之中的第一端口；以及带隙基准电路，被配置为施加参考信号，带隙基准电路连接到所述多个端口之中的第二端口。7.根据权利要求1所述的cmos芯片，其中，外部匹配网络连接到所述多个端口之中的第一端口和天线端口。8.一种电子装置，包括：处理电路系统，被配置为生成第一基带信号；射频芯片，被配置为：基于第一基带信号来生成发送射频信号，或者处理接收射频信号以获得第二基带信号；前端模块，被配置为：将发送射频信号引导到第一发送路径和第二发送路径中的一个，并且将接收射频信号引导到接收路径；以及天线，被配置为发送发送射频信号或者接收接收射频信号，其中，射频芯片包括：cmos芯片，包括信号转换电路、第一多个端口和多个匹配网络，信号转换电路被配置为生成发送射频信号或者处理接收射频信号，所述第一多个端口分别包括在第一发送路径、第二发送路径和接收路径中，所述多个匹配网络连接到信号转换电路，所述多个匹配网络
分别连接到所述第一多个端口；第二多个端口，连接到前端模块，所述第二多个端口分别包括在第一发送路径、第二发送路径和接收路径中；以及功率单元，在第一端口与第二端口之间，所述第一多个端口包括第一端口，所述第二多个端口包括第二端口，并且功率单元包括化合物半导体装置，并且所述多个匹配网络之中的第一匹配网络包括外部匹配网络，外部匹配网络被配置为执行化合物半导体装置的阻抗匹配。9.根据权利要求8所述的电子装置，其中，化合物半导体装置是iii-v族化合物半导体装置。10.根据权利要求8所述的电子装置，其中，第一匹配网络还包括：第一引脚、第二引脚和第三引脚，各自包括在第一端口中；源匹配网络，连接到第一引脚；以及带隙基准电路，连接到第二引脚，带隙基准电路被配置为施加参考信号。11.根据权利要求10所述的电子装置，其中，功率单元还包括：第四引脚、第五引脚和第六引脚，各自包括在第一端口中；第一双向二极管，连接到第四引脚和化合物半导体装置的发射极；偏置电路，连接到第五引脚，偏置电路被配置为基于参考信号将偏置电压施加到化合物半导体装置；内部匹配网络，连接到化合物半导体装置的集电极、化合物半导体装置的发射极和第六引脚；以及第二双向二极管，连接到内部匹配网络和化合物半导体装置的发射极。12.根据权利要求11所述的电子装置，其中，外部匹配网络连接到第三引脚和第二端口。13.根据权利要求10所述的电子装置，其中，源匹配网络和外部匹配网络基于cmos工艺被实现。14.根据权利要求8至13中的任何一项所述的电子装置，其中，所述电子装置被配置为经由第二发送路径以比经由第一发送路径高的功率来发送发送射频信号。15.根据权利要求8至13中的任何一项所述的电子装置，其中，所述电子装置被配置为：在第一模式下激活第一发送路径以发送发送射频信号；并且在设置为以比在第一模式下高的功率发送发送射频信号的第二模式下激活第二发送路径。16.一种电子装置，包括：处理电路系统，被配置为生成第一基带信号；射频芯片，被配置为：基于第一基带信号来生成发送射频信号，或者处理接收射频信号以获得第二基带信号；前端模块，被配置为：放大发送射频信号以获得放大后的发送射频信号，并且将放大后的发送射频信号引导到第一发送路径，以及放大接收射频信号以获得放大后的接收射频信号，并且将放大后的接收射频信号引导到接收路径；以及天线，被配置为发送发送射频信号或者接收接收射频信号，
其中，射频芯片包括：cmos芯片，包括信号转换电路、第一多个端口和多个匹配网络，信号转换电路被配置为生成发送射频信号或者处理接收射频信号，所述第一多个端口分别包括在第一发送路径、第二发送路径和接收路径中，所述多个匹配网络连接到信号转换电路，所述多个匹配网络分别连接到所述第一多个端口；以及第二多个端口，分别包括在第一发送路径、第二发送路径和接收路径中，并且所述多个匹配网络之中的第一匹配网络包括外部匹配网络，外部匹配网络被配置为执行化合物半导体装置的阻抗匹配，并且第二发送路径被去激活。17.根据权利要求16所述的电子装置，其中，信号转换电路包括：滤波器单元，被配置为对第一基带信号和第二基带信号进行滤波；锁相环，被配置为生成本地振荡器信号；混频器单元，被配置为：基于本地振荡器信号对第一基带信号进行上变频以生成发送射频信号，或者对接收射频信号进行下变频以生成第二基带信号；放大单元，被配置为放大发送射频信号和接收射频信号；以及切换单元，被配置为将发送射频信号发送到第一发送路径。18.根据权利要求17所述的电子装置，其中，切换单元被配置为使第一匹配网络去激活。19.根据权利要求16至18中的任何一项所述的电子装置，其中，前端模块包括：输入切换单元，被配置为：基于切换操作，将发送射频信号引导到第一分支路径和第二分支路径中的一个，第一分支路径和第二分支路径两者从第一发送路径分支；前端模块放大单元，连接到第一分支路径、第二分支路径和接收路径中的每个，前端模块放大单元被配置为放大发送射频信号和接收射频信号；以及输出切换单元，被配置为：基于切换操作通过第一分支路径或第二分支路径将发送射频信号引导到天线，或者通过接收路径将接收射频信号引导到前端模块放大单元。20.根据权利要求19所述的电子装置，其中，所述电子装置被配置为经由第二分支路径以比经由第一分支路径高的功率来发送发送射频信号。

技术总结
提供CMOS芯片和包括CMOS芯片的电子装置。所述CMOS芯片包括：信号转换电路，被配置为转换基带信号和射频信号；多个端口，射频信号通过所述多个端口被发送或接收，所述多个端口分别包括在第一发送路径、第二发送路径和接收路径中；以及多个匹配网络，连接到信号转换电路，所述多个匹配网络分别连接到所述多个端口，所述多个匹配网络之中的第一匹配网络包括外部匹配网络，并且外部匹配网络被配置为执行化合物半导体装置的阻抗匹配。物半导体装置的阻抗匹配。物半导体装置的阻抗匹配。


技术研发人员：金荣敏 朴弘种 刘相珉 韩相昱
受保护的技术使用者：三星电子株式会社
技术研发日：2023.03.10
技术公布日：2023/9/14