JP2009177488A - Semiconductor switch circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、移動体通信機器や高周波機器における高周波信号の伝送経路の切り替えに用いられる半導体スイッチ回路に係り、特に、動作特性の向上等を図ったものに関する。 The present invention relates to a semiconductor switch circuit used for switching a transmission path of a high-frequency signal in a mobile communication device or a high-frequency device, and particularly relates to a circuit that improves operational characteristics.
携帯電話などの無線応用機器においては、送受信切替や、周波数帯の切替、さらには、アンテナ切替などに半導体スイッチが用いられている。
特に、近年、携帯電話においては、GSM方式、WCDMA方式、CDMA方式などの多モード、多バンド化が進み、これに対応して、複数の経路間の切替をより低損失で行うことができる半導体スイッチが必要となってきている。
このような半導体スイッチに要求される重要な特性として、送信動作時における高調波ひずみ特性がある。ここで、高調波ひずみ特性とは、半導体スイッチに大電力の送信信号を入力した際に、送信入力信号周波数の整数倍の周波数において発生する歪み成分を示すものである。
In wireless application devices such as mobile phones, semiconductor switches are used for transmission / reception switching, frequency band switching, and antenna switching.
In particular, in recent years, in mobile phones, multimode and multiband such as GSM, WCDMA, and CDMA systems have progressed, and in response to this, a semiconductor that can perform switching between a plurality of paths with lower loss. A switch is needed.
As an important characteristic required for such a semiconductor switch, there is a harmonic distortion characteristic during a transmission operation. Here, the harmonic distortion characteristic indicates a distortion component generated at a frequency that is an integral multiple of the transmission input signal frequency when a high-power transmission signal is input to the semiconductor switch.
この歪み成分である高調波ひずみは、その周波数を使用する他のアプリケーションへの妨害波となるため、その発生量については法的な規制が設けられている。
ところで、高調波歪み電力は、一般に、入力電力の増加に対して2倍高調波では入力電力の2乗、3倍高調波では入力電力の3乗に比例して増大する。このため、特に、GSM方式のように最大で35dBmもの大電力信号を半導体スイッチに入力する場合に、歪み成分を抑圧することは、難易度の高い技術が要求される。
Since the harmonic distortion, which is the distortion component, becomes an interference wave for other applications that use the frequency, there is a legal restriction on the amount of generation.
By the way, the harmonic distortion power generally increases in proportion to the square of the input power at the second harmonic and the cube of the input power at the third harmonic with respect to the increase of the input power. For this reason, in particular, when a large power signal of 35 dBm at the maximum is input to the semiconductor switch as in the GSM system, it is required to have a highly difficult technique to suppress the distortion component.
このような大電力の送信機と受信機を切り替えるスイッチは、特に、アンテナスイッチと称される。
図4には、アンテナスイッチとして機能する半導体スイッチ回路の構成例が示されており、以下、同図を参照しつつ従来のアンテナスイッチについて説明する。
このアンテナスイッチとしての半導体スイッチ回路は、一つのアンテナ端子に対して、送信端子と受信端子のいずれかを、外部からの制御信号によって択一的に選択、接続するための最も簡単な構成例であり、SPDT(Single Pole Double Through:単極双投)と称される構成を有するものである。なお、送信端子には送信機が、受信端子には受信機が、それぞれ接続される。
Such a switch for switching between a high-power transmitter and a receiver is particularly called an antenna switch.
FIG. 4 shows a configuration example of a semiconductor switch circuit that functions as an antenna switch. Hereinafter, a conventional antenna switch will be described with reference to FIG.
This semiconductor switch circuit as an antenna switch is the simplest configuration example for selectively selecting and connecting either a transmission terminal or a reception terminal with a control signal from the outside to one antenna terminal. Yes, and has a configuration called SPDT (Single Pole Double Through). A transmitter is connected to the transmission terminal, and a receiver is connected to the reception terminal.
具体的には、この半導体スイッチ回路は、昇圧回路21Aと、デコーダ回路22Aと、スイッチ回路23Aとに大別されて構成されたものとなっている。
この構成例において、アンテナ端子13Aと送信端子11Aとの間には、ディプレッション型FET(以下「DFET」と称する)31Aが設けられ、アンテナ端子13Aと送信端子11A間の通過、非通過を切り替えるスイッチ素子として機能するものとなっている。
また、アンテナ端子13Aと受信端子12Aとの間には、DFET32Aが設けられ、アンテナ端子13Aと受信端子12A間の通過、非通過を切り替えるスイッチ素子として機能するものとなっている。
Specifically, the semiconductor switch circuit is roughly divided into a booster circuit 21A, a
In this configuration example, a depletion type FET (hereinafter referred to as “DFET”) 31A is provided between the
A DFET 32A is provided between the
さらに、受信端子12Aとグランドとの間には、DFET33A及びキャパシタ37Aが直列接続されて設けられており、送信端子11Aを通過経路して選択する際に、送信端子11Aから受信端子12Aへの高周波信号の漏洩を防止し、アイソレーション強化を図るシャントスイッチとして動作するものとなっている。
そして、これらスイッチ素子であるDFET31A〜33Aを動作せしめる電源として、電源電圧供給端子14Aから電源電圧VDDが供給されると共に、スイッチ経路切替信号入力端子15Aには、送信経路と受信経路切り替えのための外部制御信号が供給されるものとなっている。
Further, a DFET 33A and a
The power supply voltage VDD is supplied from the power supply
また、この半導体スイッチ回路には、昇圧回路21Aが組み込まれており、電源電圧VDDよりも高い電圧V1(V1>VDD)を発生、出力する。この高い電圧V1によって、スイッチ素子を駆動する。 The semiconductor switch circuit incorporates a booster circuit 21A, and generates and outputs a voltage V1 (V1> VDD) higher than the power supply voltage VDD. The switch element is driven by the high voltage V1.
一般に、半導体スイッチ回路の高調波ひずみ特性は、スイッチ素子の駆動電圧が高いほど向上する。一方、スイッチ素子をOFF状態(非導通状態)に保つには、適宜なDCバイアス電圧を印加するが、大電力信号は電圧振幅が大きいために、DCバイアス電圧を上回る電圧振幅ではOFF状態が保てなくなる。この場合、スイッチ素子の伝達特性上は、非線形特性として現れ、入力された大電力信号はひずみを受けてしまう。非常に低いひずみ特性を議論する場合には、スイッチ素子の動作状態は、OFF状態が保てなくなるほどに悪化するものではないが、単純にバックオフを取ったものとして説明することができる。 In general, the harmonic distortion characteristics of a semiconductor switch circuit improve as the drive voltage of the switch element increases. On the other hand, an appropriate DC bias voltage is applied to keep the switch element in the OFF state (non-conducting state). However, since the large power signal has a large voltage amplitude, the OFF state is maintained at a voltage amplitude exceeding the DC bias voltage. It ’s gone. In this case, the transfer characteristic of the switch element appears as a non-linear characteristic, and the input high power signal is distorted. When discussing very low distortion characteristics, the operating state of the switch element does not deteriorate so much that the OFF state cannot be maintained, but it can be described as simply having a back-off.
半導体スイッチ回路を、アンテナスイッチとして用いる場合に、受信経路には大電力信号が通過することはないため、低ひずみ特性を考慮する必要はない。そため、受信時には、昇圧回路21AをOFFさせて電源電圧VDDより低い電圧をスイッチ素子の切り替え電圧として用いるようにするのが好適である。 When the semiconductor switch circuit is used as an antenna switch, a high power signal does not pass through the reception path, and therefore it is not necessary to consider low distortion characteristics. Therefore, at the time of reception, it is preferable to turn off the booster circuit 21A and use a voltage lower than the power supply voltage VDD as the switching voltage of the switch element.
ここで、図4に示された半導体スイッチ回路における主要部の電圧の関係について説明すれば、まず、最も高い電位は、昇圧回路21Aの出力電圧V1である。この昇圧電圧V1を用いて駆動されるデコーダ回路の論理値Highの出力電圧は、昇圧電圧V1とほぼ同程度となる。実際には、デコーダ回路22Aにおけるロスにより、僅かに電圧降下するが、以下の回路動作の説明においては、かかる電圧降下は無いものとして説明することとする。
Here, the relationship between the voltages of the main parts in the semiconductor switch circuit shown in FIG. 4 will be described. First, the highest potential is the output voltage V1 of the booster circuit 21A. The output voltage of the logic value High of the decoder circuit driven using this boosted voltage V1 is substantially the same as the boosted voltage V1. Actually, the voltage drops slightly due to the loss in the
まず、送信端子11Aとアンテナ端子13Aとの間を通過経路として選択する場合の回路動作について説明すれば、この場合、DFET31AをON状態(導通状態)とする必要がある。そのため、DFET31Aのゲートには、デコーダ回路22Aから、論理値Highに相当する出力電圧V1が出力される。DFET31Aは、ゲート電位がV1になると、ソース・ドレイン間が順方向バイアス状態となる。順方向バイアス状態においては、ゲート・ソース間及びゲート・ドレイン間には、多少の電位差Vfが生じ、結局、DFET31Aのソース、ドレインは、ゲートよりも低い電圧VT=V1−Vfにそれぞれバイアスされることとなる。
First, a circuit operation in the case where the passage between the
この電圧VTは、端子の選択、非選択に関わらず高周波信号の通過経路となり得る全ての端子、すなわち、ドレイン、ソースのバイアス電位となるものである。
したがって、図4に示された回路構成におけるスイッチ素子であるDFET31A、DFET32A,DFET33Aのそれぞれのソース、ドレインは、全てVTにバイアスされる。
This voltage VT is a bias potential for all terminals that can serve as a high-frequency signal passing path, that is, drain and source, regardless of selection or non-selection of the terminals.
Therefore, the sources and drains of the DFET 31A, DFET 32A, and DFET 33A, which are switch elements in the circuit configuration shown in FIG. 4, are all biased to VT.
かかる前提の下、送信端子11Aとアンテナ端子13Aとの間を通過経路として選択する場合、DFET31AをON状態とすると同時に、非通過経路である受信端子12Aとアンテナ端子13A間に設けられたDFET32AをOFF状態とする必要があるため、デコーダ回路22Aからは、DFET32Aのゲートに対して論理値Lowに相当する0Vが印加されるようになっている。このとき、DFET32Aのゲートは、ドレイン、ソースに対して逆バイアス状態となる。
Under such a premise, when the passage between the
このようにして逆バイアスされたDFET32Aは、OFF状態に設定される結果、この半導体スイッチ回路は、送信端子11Aとアンテナ端子13Aとが通過状態となる一方、受信端子12Aとアンテナ端子13A間は、非通過状態となる。
なお、このような半導体スイッチ回路は、例えば、特許文献1等に開示されている。
As a result of the reverse-
Such a semiconductor switch circuit is disclosed in, for example, Patent Document 1 and the like.
ところで、上述の各DFET31A〜33Aのゲートリーク電流は、通常は、微少電流となるよう素子設計されるものとなっている。一般論として、半導体におけるリーク電流は、電圧、温度の増大に対して指数関数的に増加する。
上述の従来回路の場合、電源電圧VDDより高い昇圧電圧V1によってスイッチ素子を駆動しているため、ゲートリーク電流は比較的多く、温度が高温になるとより顕著になる。このゲートリーク電流の増加は、先に説明したように、ゲート・ドレイン間、ゲート・ソース間での電圧降下を招き、バイアス電圧VTは、その電圧降下分だけ低下した電圧となるため、大電力送信時の歪み特性の悪化を招くという問題がある。
By the way, the gate leakage current of each of the above-mentioned DFETs 31A to 33A is normally designed so as to be a very small current. In general terms, the leakage current in a semiconductor increases exponentially with increasing voltage and temperature.
In the case of the above-described conventional circuit, since the switch element is driven by the boosted voltage V1 higher than the power supply voltage VDD, the gate leakage current is relatively large and becomes more noticeable when the temperature becomes high. As described above, the increase in the gate leakage current causes a voltage drop between the gate and the drain and between the gate and the source, and the bias voltage VT becomes a voltage reduced by the voltage drop. There is a problem that distortion characteristics at the time of transmission are deteriorated.
本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、大電力送信時において、高温時のゲートリーク電流が増加しても、それに起因して高調波ひずみ特性の悪化を招くことのない半導体スイッチ回路を提供するものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and a semiconductor switch circuit that does not cause deterioration of harmonic distortion characteristics even when the gate leakage current at high temperature increases during high power transmission. Is to provide.
上記本発明の目的を達成するため、本発明に係る半導体スイッチ回路は、
1又は複数の大電力信号端子と、1又は複数の小電力信号端子のいずれか一方と、1又は複数の出力信号端子との接続を選択的に切り替えて、所望する通過経路を形成可能に構成されてなる半導体スイッチ回路であって、
外部からの制御信号に応じて通過経路を選択するデコーダ回路と、
前記デコーダ回路の出力に応じて、前記1又は複数の大電力信号端子の一つと前記1又は複数の出力端子の一つ、又は、前記1又は複数の小電力信号端子の一つと前記1又は複数の出力端子の一つとを接続状態とする複数のスイッチ素子を有してなるスイッチ回路と、を具備してなり、
前記スイッチ回路は、前記大電力信号端子と前記出力端子との間に形成されるそれぞれの通過経路には、電界効果トランジスタがスイッチ素子としてそれぞれ直列に設けられてなる一方、前記小電力信号端子と前記出力端子との間に形成されるそれぞれの通過経路には、直列接続された電界効果トランジスタとダイオードが、それぞれ直列に、かつ、前記ダイオードが前記小電力信号端子から前記出力端子へ順方向となるようにして前記出力端子側に設けられてなるものである。
かかる構成において、外部から供給される電源電圧を昇圧する昇圧回路を具備し、前記デコーダ回路は、導通状態とするスイッチ素子に対して前記昇圧回路の出力電圧を供給し、当該スイッチ素子を駆動するよう構成されてなるものが好適である。
さらに、かかる構成において、前記スイッチ回路は、前記小電力信号端子に対して並列に設けられたスイッチ素子としての電界効果トランジスタを有し、当該電界効果トランジスタは、そのゲートに外部から供給される電源電圧が印加されてなるものがより好適である。
In order to achieve the above object of the present invention, a semiconductor switch circuit according to the present invention includes:
A configuration in which a desired passage route can be formed by selectively switching connection between one or a plurality of high power signal terminals, one or a plurality of low power signal terminals, and one or a plurality of output signal terminals. A semiconductor switch circuit comprising:
A decoder circuit that selects a passage path according to a control signal from the outside;
Depending on the output of the decoder circuit, one of the one or more large power signal terminals and one of the one or more output terminals, or one of the one or more small power signal terminals and the one or more A switching circuit having a plurality of switching elements that connect one of the output terminals to the output terminal,
In the switching circuit, field effect transistors are provided in series as switching elements in respective passage paths formed between the high power signal terminal and the output terminal, while the small power signal terminal In each passing path formed between the output terminal, a field-effect transistor and a diode connected in series are respectively connected in series, and the diode is forward from the small power signal terminal to the output terminal. Thus, it is provided on the output terminal side.
In such a configuration, a booster circuit that boosts the power supply voltage supplied from the outside is provided, and the decoder circuit supplies the output voltage of the booster circuit to the switch element to be turned on to drive the switch element. What is comprised in this way is suitable.
Further, in this configuration, the switch circuit includes a field effect transistor as a switch element provided in parallel with the low power signal terminal, and the field effect transistor has a power source supplied to the gate from the outside. What is applied with a voltage is more preferable.
本発明によれば、小電力信号端子と出力端子間に通過経路を形成するために設けられたスイッチ素子としての電界効果トランジスタのドレイン、ソースが、送信時、すなわち、小電力信号端子と出力端子間が非通過経路となる際に、送信時の通過経路を形成する電界効果トランジスタのドレイン、ソースと直流的に遮断されるように構成したので、雰囲気温度が高温状態の際に大電力送信が行われても、従来と異なり、非導通状態にある小電力信号端子と出力端子間に設けられた電界効果トランジスタにおけるゲートリーク電流の増加に起因するバイアス電圧VTの低下を招くことが確実に回避でき、高調波歪み特性を悪化させることなく、高調波歪み特性の良好な半導体スイッチ回路を提供することができるという効果を奏するものである。 According to the present invention, the drain and the source of the field effect transistor as a switching element provided to form a passage path between the low power signal terminal and the output terminal are at the time of transmission, that is, the low power signal terminal and the output terminal. When the gap is a non-passing path, it is configured to be DC-blocked from the drain and source of the field-effect transistor that forms the passing path at the time of transmission, so high power transmission is possible when the ambient temperature is high. Even if it is performed, unlike the conventional case, it is surely avoided that the bias voltage VT is lowered due to an increase in the gate leakage current in the field effect transistor provided between the low power signal terminal and the output terminal which are in the non-conductive state. It is possible to provide a semiconductor switch circuit having good harmonic distortion characteristics without deteriorating the harmonic distortion characteristics.
以下、本発明の実施の形態について、図1乃至図3を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施の形態における半導体スイッチ回路の構成例について、図1を参照しつつ説明する。
本発明の実施の形態における半導体スイッチ回路は、送信端子11、受信端子12及びアンテナ端子13を有するスイッチ回路23と、デコーダ回路(図1においては「DEC」と表記)22と、昇圧回路(図1においては「BOOST」と表記)21とを主たる構成要素として構成されてなるものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
The members and arrangements described below do not limit the present invention and can be variously modified within the scope of the gist of the present invention.
First, a configuration example of a semiconductor switch circuit according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
A semiconductor switch circuit according to an embodiment of the present invention includes a
スイッチ回路23は、第1乃至第3のスイッチ素子31〜33及びダイオード39を主たる構成要素としてSPDT(Single Pole Double Through:単極双投)スイッチが構成されたものとなっている。この構成例においては、第1乃至第3のスイッチ素子31〜33は、具体的には、ディプレッション型電界効果トランジスタ(FET)を用いたものとなっている。ここで、大電力信号端子としての送信端子11には、図示されない送信機が、また、小電力信号端子としての受信端子12には、図示されない受信機が、アンテナ端子13には、図示されないアンテナが、それぞれ接続されるものとする。
なお、図1においては、スイッチ回路23の内、特に、半導体基板(図示せず)上に設けられる部分を点線で囲んである。
The
In FIG. 1, a portion provided on a semiconductor substrate (not shown) in the
以下、具体的に回路構成を説明すると、第1のスイッチ素子31のドレイン(又はソース)は、第1のDCカットキャパシタ34を介して送信端子11に接続される一方、ソース(又はドレイン)は、後述するダイオード39のカソード共に、第3のDCカットキャパシタ36を介してアンテナ端子13に接続されている。なお、ダイオード39のアノードとグランドとの間には、抵抗器50が接続されている。
Hereinafter, the circuit configuration will be described in detail. The drain (or source) of the
また、第1のスイッチ素子31のゲートは、第1のゲート抵抗器51を介してデコーダ回路22の出力段に接続されており、後述するように選択される通過経路に応じて、所定のゲート電圧が印加されるようになっている。なお、第1のスイッチ素子31のドレインとソースの間には、第1のドレイン・ソース間抵抗器55が接続されている。
一方、第2のスイッチ素子32のドレイン(又はソース)は、第2のDCカットキャパシタ35を介して受信端子12に接続される一方、ソース(又はドレイン)は、ダイオード39のアノードに接続されている。
このようにダイオード39は、受信端子12から出力端子13へ順方向となるようにして出力端子13側に設けられてたものとなっている。
Further, the gate of the
On the other hand, the drain (or source) of the
As described above, the
そして、第2のスイッチ素子32のゲートは、第2のゲート抵抗器52を介してデコーダ回路22の出力段に接続されており、後述するように選択される通過経路に応じて、所定のゲート電圧が印加されるようになっている。なお、第2のスイッチ素子32のドレインとソースの間には、第2のドレイン・ソース間抵抗器56が接続されている。
The gate of the
第3のスイッチ素子33は、ドレイン(又はソース)が、第2のDCカットキャパシタ35と第2のスイッチ素子32のドレイン(又はソース)の接続点に接続される一方、ソース(又はドレイン)がシャント用DCカットキャパシタ37を介してグランドに接続されたものとなっている。
また、第3のスイッチ素子33のゲートは、第3のゲート抵抗器53を介して電源電圧供給端子14に接続されており、電源電圧がゲート電圧として印加されるようになっている。なお、第3のスイッチ素子33のドレインとソースの間には、第3のドレイン・ソース間抵抗器57が接続されている。
このように第3のスイッチ素子33は、受信端子12に対して並列に設けられたものとなっている。
The
The gate of the
Thus, the
昇圧回路21は、電源電圧供給端子14を介して印加された電源電圧VDDを、所定の電圧V1(V1>VDD)に昇圧し、出力するよう構成されたもので、その構成自体は従来から良く知られたものである。
この昇圧回路21の出力電圧は、デコーダ回路22の入力段に印加されるものとなっている。
The
The output voltage of the
デコーダ回路22は、スイッチ経路切替信号入力端子15を介して入力される制御信号に応じて、第1のスイッチ素子31と第2のスイッチ素子32のいずれか一方を、択一的に導通状態とすべく、それぞれに所定のゲート電圧を出力するよう構成されてなるものである。すなわち、デコーダ回路22は、第1のスイッチ素子31を導通状態とする一方、第2のスイッチ素子32を非導通状態とすべく所定の制御信号が入力された場合には、第1のスイッチ素子31のゲートに、昇圧回路21により得られた電圧V1を出力する一方、第2のスイッチ素子32のゲートには、0Vを出力するようになっている。
In response to a control signal input via the switch path switching
また、デコーダ回路22は、第1のスイッチ素子31を非導通状態とする一方、第2のスイッチ素子32を導通状態とすべく所定の制御信号が入力された場合には、上述の場合とは逆に、第1のスイッチ素子31のゲートに、0Vを出力する一方、第2のスイッチ素子32のゲートには、昇圧回路21により得られた電圧V1を出力するようになっている。
Also, the
次に、上記構成における動作について説明する。
最初に、送信状態、すなわち、送信端子11とアンテナ端子13間を通過経路とするべく、スイッチ経路切替信号入力端子15に、所定の制御信号が入力された場合について説明する。
この場合、デコーダ回路22により第1のスイッチ素子31のゲートに、昇圧回路21から入力された昇圧電圧V1が印加される一方、第2のスイッチ素子32のゲートには、論理値Lowに相当する電圧として0Vが印加される。
また、第3のスイッチ素子33のゲートには、電源電圧VDDが印加される。
Next, the operation in the above configuration will be described.
First, a transmission state, that is, a case where a predetermined control signal is input to the switch path switching
In this case, the booster voltage V1 input from the
The power supply voltage VDD is applied to the gate of the
この第1のスイッチ素子31の順方向のバイアスによって、ゲート・ソース間、及び、ゲート・ドレイン間には、若干の電位差Vfが生じ、第1のスイッチ素子31のソース、ドレインは、ゲートよりも低い電圧VT=V1−Vfにバイアスされることとなる。これによって、第1のスイッチ素子31は、導通状態となるため、送信端子11とアンテナ端子13間が、第1のスイッチ素子31を介して通過経路とされることとなる。
The forward bias of the
また、同時に、ダイオード39のカソード、第1のスイッチ素子31のソース(又はドレイン)及び抵抗器50の相互の接続点Aも電圧VTにバイアスされるが、受信端子12側の経路には、ダイオード39が逆バイアス状態に接続されているため、受信端子12とアンテナ端子13との間は直流的に遮断され、第2のスイッチ素子32のドレイン(又はソース)、第2のDCカットキャパシタ35及び第3のスイッチ素子33のドレイン(又はソース)の相互の接続点が電圧VTとなることはない。
At the same time, the
一方、第3のスイッチ素子33は、ゲートへの電源電圧VDDの印加により順方向バイアスされた状態となり、そのソース、ドレインは、ゲート・ソース間、ゲート・ドレイン間にそれぞれ生ずる若干の電位差Vfにより、ゲートよりも低い電圧VS=VDD−Vfにバイアスされることとなる。
On the other hand, the
そのため、第2のスイッチ素子32のドレイン(又はソース)、第2のDCカットキャパシタ35及び第3のスイッチ素子33のドレイン(又はソース)の相互の接続点の電圧は、VSとなり、第2のスイッチ素子32は、先に述べたようにゲートが論理値Lowに相当する電圧0Vであることと相俟って、第2のスイッチ素子32は、非導通状態となる。
結局、第3のスイッチ素子33は、導通状態となるため、受信端子12とアンテナ端子13が非通過状態となる際に、シャントスイッチとして機能するものとなっている。
Therefore, the voltage at the connection point between the drain (or source) of the
Eventually, since the
かかる状態において、高温状態で大電力送信を行った場合、非導通状態にある第2のスイッチ素子32のゲートリーク電流は増加するが、ダイオード39が逆バイアスされているため、従来と異なり、ゲートリーク電流の増加によるダイオード39のカソード、第1のスイッチ素子31のソース(又はドレイン)及び抵抗器50の相互の接続点の電位の低下、すなわち、換言すれば、バイアス電圧VTの低下を招くことが確実に回避され、良好な低歪み特性が実現できるものとなっている。
In such a state, when high power transmission is performed at a high temperature, the gate leakage current of the
次に、受信状態、すなわち、受信端子12とアンテナ端子13間を通過経路とするべく、スイッチ経路切替信号入力端子15に、所定の制御信号が入力された場合について説明する。
この場合、デコーダ回路22により第2のスイッチ素子32のゲートに、昇圧回路21から入力された昇圧電圧V1が印加される一方、第1のスイッチ素子31のゲートには、論理値Lowに相当する電圧として0Vが印加される。
また、第3のスイッチ素子33ゲートには、電源電圧VDDが印加される。
Next, a reception state, that is, a case where a predetermined control signal is input to the switch path switching
In this case, the booster voltage V1 input from the
The power supply voltage VDD is applied to the gate of the
その結果、送信状態の場合とは逆に、第1のスイッチ素子31が非導通状態となる一方、第2のスイッチ素子32が導通状態となる。
第2のスイッチ素子32は、送信状態における第1のスイッチ素子31同様、ソース、ドレインが、ゲートよりも低い電圧VT=V1−Vfにバイアスされることとなる。このため、第2のスイッチ素子32のドレイン(又はソース)、第2のDCカットキャパシタ35及び第3のスイッチ素子33のドレイン(又はソース)の相互の接続点は、電圧VTにバイアスされることとなる。
As a result, contrary to the transmission state, the
Similarly to the
これに伴い、第3のスイッチ素子33のドレイン、ソース電圧は、電圧VTとなるが、そのゲートは、電圧VTよりも低い電源電圧VDDが印加されているため、第3のスイッチ素子33は、逆バイアス状態となり、非導通状態となる。
一方、第1のスイッチ素子31は、そのゲート電圧が、0Vであるため、第2のスイッチ素子32のドレイン、ソースにおける電圧VTは、ダイオード39に対して順方向電圧として加わることとなり、ダイオード39は導通状態となる。
Along with this, the drain and source voltages of the
On the other hand, since the gate voltage of the
ここで、ダイオード39の順方向電圧をVfとすると、ダイオード39のカソード、第1のスイッチ素子31のソース(又はドレイン)及び抵抗器50の相互の接続点Aの電圧は、VT−Vfとなる。
したがって、第1のスイッチ素子31のソース、ドレイン電圧は、VT−Vfとなり、第1のスイッチ素子31は、非導通状態となる。
結局、受信端子12とアンテナ端子13間が、第2のスイッチ素子32及びダイオード39を介して通過経路とされ、アンテナ端子13から入力された受信信号が受信端子12に得られ、図示されない受信機へ入力されることとなる。
Here, when the forward voltage of the
Therefore, the source and drain voltages of the
Eventually, the receiving
次に、本発明の実施の形態の半導体スイッチ回路における雰囲気温度変化に対する高調波特性及びアンテナ端子13に接続された第3のDCカットキャパシタ36の反アンテナ端子側の端子電圧の変化例について、図3を参照しつつ説明する。
まず、同図において、温度変化を表す軸を横軸としてこれを正面に見て、左側の縦軸は、アンテナ端子13における高調波のレベルを、右側の縦軸は、接続点A(図1参照)、又は、接続点A´(図4参照)の端子電圧を、それぞれ示している。
Next, with respect to an example of a change in terminal voltage on the side opposite to the antenna terminal of the third DC cut
First, in this figure, the axis representing the temperature change is taken as the horizontal axis and viewed from the front, the left vertical axis represents the harmonic level at the
同図において、符号aが付された実線の特性線は、本発明の実施の形態における半導体スイッチ回路の雰囲気温度変化に対する接続点Aの端子電圧の変化を示し、符号cが付された点線の特性線は、従来回路(図4参照)の雰囲気温度変化に対する接続点A´の端子電圧の変化を示している。
これらを比較すると、従来回路の場合、雰囲気温度が上昇するに従い端子電圧が徐々に低下してゆくのに対して、本発明の実施の形態における半導体スイッチ回路にあっては、一定となっており、格段の特性改善がなされていることが確認できるものとなっている。
In the figure, a solid characteristic line with the symbol a indicates a change in the terminal voltage at the connection point A with respect to a change in the ambient temperature of the semiconductor switch circuit in the embodiment of the present invention. The characteristic line shows the change in the terminal voltage at the connection point A ′ with respect to the change in the ambient temperature of the conventional circuit (see FIG. 4).
Comparing these, in the case of the conventional circuit, the terminal voltage gradually decreases as the ambient temperature rises, whereas in the semiconductor switch circuit in the embodiment of the present invention, it is constant. Thus, it can be confirmed that the characteristics are remarkably improved.
次に、図3において、符号bが付された実線の特性線は、本発明の実施の形態の半導体スイッチ回路における雰囲気温度の変化に対する高調波レベルの変化を示し、符号dが付された点線の特性線は、従来回路における雰囲気温度の変化に対する高調波レベルの変化を示している。
これらを比較すると、従来回路の場合、雰囲気温度の上昇に伴う上述の端子電圧の低下によって、高調波レベルは比例的に増大し、最大時には、大凡−67dBc付近に至っているのに対して、本発明の実施の形態における半導体スイッチ回路の場合、雰囲気温度の上昇に伴う高調波の若干のレベル上昇はあるものの、最大でも大凡−72dBc強であり、確実に高調波特性の改善がなされたものであることが確認できるものとなっている。
Next, in FIG. 3, a solid characteristic line with a symbol b indicates a change in the harmonic level with respect to a change in the ambient temperature in the semiconductor switch circuit according to the embodiment of the present invention, and a dotted line with a symbol d The characteristic line indicates the change in the harmonic level with respect to the change in the ambient temperature in the conventional circuit.
Comparing these, in the case of the conventional circuit, the harmonic level increases proportionally due to the decrease in the terminal voltage as the ambient temperature increases, and at the maximum, it reaches around -67 dBc at the maximum. In the case of the semiconductor switch circuit according to the embodiment of the present invention, although there is a slight increase in the level of harmonics accompanying an increase in the ambient temperature, the maximum is approximately -72 dBc at the maximum, and the harmonic characteristics have been reliably improved. It can be confirmed that.
このような本発明の実施の形態における半導体スイッチ回路の特性改善は、受信経路に直列に設けられたダイオード39が、送信時には直流的に受信端子12とアンテナ端子13とを分離することにより、常温時及び高温時においてアンテナ端子13の電圧は変化しないため、高調波特性の悪化が抑圧されるためである。
Such improvement of the characteristics of the semiconductor switch circuit according to the embodiment of the present invention is achieved by the
図2には、本発明の実施の形態における半導体スイッチ回路の他の構成例が示されており、以下、同図を参照しつつ、この構成例について説明する。
なお、図1に示された構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略し、以下、異なる点を中心に説明することとする。
この構成例は、受信経路におけるスイッチ素子を省略したものである。
すなわち、この構成例においては、図1に示された第2のスイッチ素子32を省き、第2のゲート抵抗器52の一端を、第2のスイッチ素子32のゲートに接続するのに代えて、第2のDCカットキャパシタ35とダイオード39のアノードの相互の接続点に接続したものである。
FIG. 2 shows another configuration example of the semiconductor switch circuit according to the embodiment of the present invention. Hereinafter, this configuration example will be described with reference to FIG.
The same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, detailed description thereof will be omitted, and different points will be mainly described below.
In this configuration example, the switch element in the reception path is omitted.
That is, in this configuration example, the
かかる構成においては、その基本的な動作は、図1に示された構成例と同様であるので、ここでの再度の詳細な説明は省略する。
この構成例の場合、第2のスイッチ素子32(図1参照)が省略されているため、その分、送信時のアイソレーション特性が、図1に示された構成例に比して悪化するが、要求されるアイソレーション特性を満たす場合には、回路構成が図1に比して簡素になる利点があるので、かかる構成を用いるようにしても好適である。
In such a configuration, the basic operation is the same as that of the configuration example shown in FIG. 1, and thus detailed description thereof is omitted here.
In the case of this configuration example, since the second switch element 32 (see FIG. 1) is omitted, the isolation characteristic at the time of transmission is deteriorated as compared with the configuration example shown in FIG. When the required isolation characteristics are satisfied, there is an advantage that the circuit configuration is simplified as compared with FIG.
本発明の実施の形態においては、SPDTスイッチを例として説明したが、アンテナ端子が複数の場合や、送信端子、受信端子が複数の場合においても、同様に適用できるものである。
また、第1のスイッチ素子31や第2のスイッチ素子32、さらには、第3のスイッチ素子33は、それぞれ複数直列接続するものとしても好適である。
In the embodiment of the present invention, the SPDT switch has been described as an example, but the present invention can be similarly applied to a case where there are a plurality of antenna terminals and a plurality of transmission terminals and reception terminals.
Further, it is also preferable that a plurality of the
11…送信端子
12…受信端子
13…アンテナ端子
14…電源電圧供給端子
15…スイッチ経路切替信号入力端子
22…デコーダ回路
23…スイッチ回路
31…第1のスイッチ素子
32…第2のスイッチ素子
33…第3のスイッチ素子
39…ダイオード
DESCRIPTION OF
Claims (3)
外部からの制御信号に応じて通過経路を選択するデコーダ回路と、
前記デコーダ回路の出力に応じて、前記1又は複数の大電力信号端子の一つと前記1又は複数の出力端子の一つ、又は、前記1又は複数の小電力信号端子の一つと前記1又は複数の出力端子の一つとを接続状態とする複数のスイッチ素子を有してなるスイッチ回路と、を具備してなり、
前記スイッチ回路は、前記大電力信号端子と前記出力端子との間に形成されるそれぞれの通過経路には、電界効果トランジスタがスイッチ素子としてそれぞれ直列に設けられてなる一方、前記小電力信号端子と前記出力端子との間に形成されるそれぞれの通過経路には、直列接続された電界効果トランジスタとダイオードが、それぞれ直列に、かつ、前記ダイオードが前記小電力信号端子から前記出力端子へ順方向となるようにして前記出力端子側に設けられてなることを特徴とする半導体スイッチ回路。 A configuration in which a desired passage route can be formed by selectively switching connection between one or a plurality of high power signal terminals, one or a plurality of low power signal terminals, and one or a plurality of output signal terminals. A semiconductor switch circuit comprising:
A decoder circuit that selects a passage path according to a control signal from the outside;
Depending on the output of the decoder circuit, one of the one or more large power signal terminals and one of the one or more output terminals, or one of the one or more small power signal terminals and the one or more A switching circuit having a plurality of switching elements that connect one of the output terminals to the output terminal,
In the switching circuit, field effect transistors are provided in series as switching elements in respective passage paths formed between the high power signal terminal and the output terminal, while the small power signal terminal In each passing path formed between the output terminal, a field-effect transistor and a diode connected in series are respectively connected in series, and the diode is forward from the small power signal terminal to the output terminal. Thus, the semiconductor switch circuit is provided on the output terminal side.
前記デコーダ回路は、導通状態とするスイッチ素子に対して前記昇圧回路の出力電圧を供給し、当該スイッチ素子を駆動するよう構成されてなることを特徴とする請求項1記載の半導体スイッチ回路。 A booster circuit for boosting a power supply voltage supplied from the outside;
2. The semiconductor switch circuit according to claim 1, wherein the decoder circuit is configured to supply the output voltage of the booster circuit to the switch element to be turned on to drive the switch element.
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JP2011055099A (en) * | 2009-08-31 | 2011-03-17 | Toshiba Corp | Semiconductor switch |
JP2015525039A (en) * | 2012-07-26 | 2015-08-27 | クゥアルコム・インコーポレイテッドQualcomm Incorporated | An adaptive gate drive circuit using temperature compensation. |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000114950A (en) * | 1998-10-07 | 2000-04-21 | Murata Mfg Co Ltd | Spst switch, spdt switch and communication equipment using them |
JP2005354279A (en) * | 2004-06-09 | 2005-12-22 | New Japan Radio Co Ltd | Semiconductor switch circuit |
JP2006033539A (en) * | 2004-07-20 | 2006-02-02 | Toshiba Corp | High-frequency signal switching circuit |
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000114950A (en) * | 1998-10-07 | 2000-04-21 | Murata Mfg Co Ltd | Spst switch, spdt switch and communication equipment using them |
JP2005354279A (en) * | 2004-06-09 | 2005-12-22 | New Japan Radio Co Ltd | Semiconductor switch circuit |
JP2006033539A (en) * | 2004-07-20 | 2006-02-02 | Toshiba Corp | High-frequency signal switching circuit |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011055099A (en) * | 2009-08-31 | 2011-03-17 | Toshiba Corp | Semiconductor switch |
JP2015525039A (en) * | 2012-07-26 | 2015-08-27 | クゥアルコム・インコーポレイテッドQualcomm Incorporated | An adaptive gate drive circuit using temperature compensation. |
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