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JP3243892B2 - 信号切り替え用スイッチ - Google Patents

信号切り替え用スイッチ

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Publication number
JP3243892B2
JP3243892B2 JP14272193A JP14272193A JP3243892B2 JP 3243892 B2 JP3243892 B2 JP 3243892B2 JP 14272193 A JP14272193 A JP 14272193A JP 14272193 A JP14272193 A JP 14272193A JP 3243892 B2 JP3243892 B2 JP 3243892B2
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Sony Corp
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
    • H03K17/693—Switching arrangements with several input- or output-terminals, e.g. multiplexers, distributors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/38—Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving
    • H04B1/40—Circuits
    • H04B1/44—Transmit/receive switching

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、信号切り替え用スイッ
チ、更に詳しくは、ＴＤＭＡ（Time Division Multiple
Access：時分割多重接続）通信方式の通信装置とアン
テナとの間の入出力信号の切り替えに適した入出力信号
切り替え用スイッチ（例えば、ＳＰＤＴスイッチ：Sing
le-Pole-Dual-Through スイッチ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＴＤＭＡ通信方式の通信装置では、高周
波信号のアンテナへの出力及びアンテナからの入力の切
り替えのためにＳＰＤＴスイッチが使用されている。こ
のＳＰＤＴスイッチ回路の概念図を図１に示す。ＳＰＤ
Ｔスイッチは、信号入力部IN、信号出力部OUT及び信号
入出力部IOを有し、４つの電界効果トランジスタ群から
成る。
【０００３】そして、第１の電界効果トランジスタ群
（以下、ＦＥＴ群１という）の一端は信号入力部INに接
続され、他端は信号入出力部IOに接続されている。第２
の電界効果トランジスタ群（以下、ＦＥＴ群２という）
の一端は信号入力部INに接続され、他端は接地されてい
る。第３の電界効果トランジスタ群（以下、ＦＥＴ群３
という）の一端は信号出力部OUTに接続され、他端は信
号入出力部IOに接続されている。第４の電界効果トラン
ジスタ群（以下、ＦＥＴ群４という）の一端は信号出力
部OUTに接続され、他端は接地されている。通常、これ
らの電界効果トランジスタ群は同一の電界効果トランジ
スタから構成される。尚、ここで電界効果トランジスタ
群とは、１段あるいは多段の電界効果トランジスタで構
成されていることを意味する。尚、信号入力部INは通信
装置の送信部に接続され、信号出力部OUTは通信装置の
受信部に接続され、信号入出力部IOはアンテナに接続さ
れる。
【０００４】ＳＰＤＴスイッチが送信状態の場合、即
ち、通信装置の送信部から高周波信号をアンテナへと出
力する場合、ＳＰＤＴスイッチにおいては、ＦＥＴ群１
及びＦＥＴ群４が導通状態となり、ＦＥＴ群２及びＦＥ
Ｔ群３は非導通状態となる。つまり、高周波信号が、信
号入力部INから入力しＦＥＴ群１を経由して信号入出力
部IOへと出力される。また、ＳＰＤＴスイッチが受信状
態の場合、即ち、アンテナからの高周波信号を通信装置
の受信部へ入力させる場合、ＳＰＤＴスイッチにおいて
は、ＦＥＴ群３及びＦＥＴ群２が導通状態となり、ＦＥ
Ｔ群４及びＦＥＴ群１は非導通状態となる。即ち、高周
波信号が、信号入出力部IOから入力しＦＥＴ群３を経由
して信号出力部OUTへと出力される。
【０００５】直流信号の場合には、ＦＥＴ群１及びＦＥ
Ｔ群３のみでＳＰＤＴスイッチを構成することによって
も、十分なアイソレーションが得られる。即ち、ＳＰＤ
Ｔスイッチが送信状態の場合、非導通状態にあるＦＥＴ
群３に漏れ電流が生じることがなく、また、ＳＰＤＴス
イッチが受信状態の場合、非導通状態にあるＦＥＴ群１
に漏れ電流が生じることもない。ところが、電界効果ト
ランジスタは容量成分を有している。そのため、交流信
号の送受信のためにこのようにＳＰＤＴスイッチを構成
したとき、ＦＥＴ群１又はＦＥＴ群３が非導通状態にあ
ってもＦＥＴ群１又はＦＥＴ群３から交流信号が漏れ、
完全なるアイソレーションが得られない。従って、交流
信号の送受信の場合には、上述のようにＦＥＴ群２及び
ＦＥＴ群４を組み合わせてＳＰＤＴスイッチを構成し、
交流信号の漏れを接地する必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】一般に、入力された交
流信号の電圧振幅値に依存して、電界効果トランジスタ
のゲートバイアスが変動する。即ち、電界効果トランジ
スタのゲート部に直流ゲート電圧ＶgDCが印加された状
態で交流信号（最大電圧振幅値をＶRFとする）が電界効
果トランジスタのソース・ドレイン領域間のチャネル部
を流れる場合、電界効果トランジスタのゲート部とチャ
ネル部との間には、直流ゲート電圧ＶgDCに最大ＶRFが
重畳されたゲートバイアスＶgが印加される。従って、
ゲート部に印加されるゲートバイアスＶgは、ＶgDCに対
して最大±ΔＶgだけ、交流信号と同じ周波数にて変動
する。ここで、ΔＶgは、交流信号の最大電圧振幅値Ｖ
RFによって規定されるゲート電圧変動値であり、ｋ×Ｖ
RF（但しｋは１未満の定数である）に概ね等しい。この
定数ｋは、ゲートバイアス抵抗と、電界効果トランジス
タのゲート部とチャネル部との間の容量によって決まる
時定数、及び交流信号の周波数から一意的に求まる。
【０００７】ＦＥＴ群１及びＦＥＴ群４が導通状態にあ
り且つＦＥＴ群２及びＦＥＴ群３が非導通状態にある信
号送信時には、通常、大電力の高周波信号がＳＰＤＴス
イッチを流れる。このとき、ＦＥＴ群１を流れる高周波
信号の影響によってＦＥＴ群１を構成する電界効果トラ
ンジスタのゲートバイアスがＶg（＝ＶON−ΔＶg）とな
る。尚、ＶONは、導通状態にある電界効果トランジスタ
のゲート部に印加される直流ゲート電圧である。その結
果、かかる電界効果トランジスタのソース・ドレイン飽
和電流Ｉdssの値が減少する。ＦＥＴ群１を流れる高周
波信号の電流値がソース・ドレイン飽和電流Ｉdssを越
えると、ＦＥＴ群１は信号を完全には流すことができな
くなり、ＳＰＤＴスイッチからアンテナへと出力される
高周波信号に歪みが発生し、あるいはＳＰＤＴスイッチ
に挿入損が生じる。この状態を図６に示す。尚、図６
中、ＶBIはビルトイン電圧を意味し、ＶBRはブレークダ
ウン電圧を意味する。
【０００８】また、信号送信時、非導通状態にあるＦＥ
Ｔ群２及びＦＥＴ群３のソース・ドレイン領域に最大電
圧振幅値がＶRFの高電圧が印加されると、ＦＥＴ群２あ
るいはＦＥＴ群３を構成する電界効果トランジスタのゲ
ートバイアスＶg（＝ＶOFF＋ΔＶg）がピンチオフ電圧
ＶPSを越え、ＦＥＴ群２あるいはＦＥＴ群３が導通状態
となり、ＳＰＤＴスイッチからアンテナへと出力される
高周波信号に歪みが発生し、あるいはＳＰＤＴスイッチ
のアイソレーション特性に劣化が生じる。この状態を図
６に示す。尚、ＶOFFは、非導通状態にある電界効果ト
ランジスタのゲート部に印加される直流ゲート電圧であ
る。
【０００９】ＦＥＴ群３及びＦＥＴ群２が導通状態にあ
り且つＦＥＴ群４及びＦＥＴ群１が非導通状態にある信
号受信時に大電力の高周波信号がＳＰＤＴスイッチを流
れる場合にも、ＦＥＴ群３を構成する電界効果トランジ
スタに関して、送信状態におけるＦＥＴ群１と同様の現
象が生じる。その結果、ＦＥＴ群３は信号を完全には流
すことができなくなり、ＳＰＤＴスイッチから通信装置
へと出力される高周波信号に歪みが発生し、あるいはＳ
ＰＤＴスイッチに挿入損が生じる。
【００１０】また、信号受信時、非導通状態にあるＦＥ
Ｔ群４及びＦＥＴ群１のソース・ドレイン領域に最大電
圧振幅値がＶRFの高電圧が印加されると、送信状態にお
けるＦＥＴ群２あるいはＦＥＴ群３と同様の現象が生じ
る。その結果、ＳＰＤＴスイッチから通信装置へと出力
される高周波信号に歪みが発生し、あるいはＳＰＤＴス
イッチのアイソレーション特性に劣化が生じる。
【００１１】従来のＳＰＤＴスイッチにおいては、第
１、第２、第３及び第４の電界効果トランジスタ群は同
一の電界効果トランジスタから構成されており、ＳＰＤ
Ｔスイッチの送信側（ＦＥＴ群１及びＦＥＴ群２）と受
信側（ＦＥＴ群３及びＦＥＴ群４）とは同一構成であ
る。そして、大電力の高周波信号を送信するときの対処
が施されておらず、ＳＰＤＴスイッチには、高周波信号
の歪み、挿入損（電力損）の発生、アイソレーションの
劣化が生じ易い。
【００１２】例えば、文献"A High Power 2-18 GHz T/R
Switch", M.J. Schindler, et al., IEEE MTT-S Diges
t, 1990, pp.453-456 にはＳＰＤＴスイッチの改良が述
べられている。この文献には、送信電力と受信電力の大
きさの相違を考慮して、各電界効果トランジスタのゲー
ト幅を最適化すること（即ち、高周波信号の歪みや挿入
損が生じないように、大電力の高周波信号が通過する電
界効果トランジスタのゲート幅を広げる）、及び、耐電
圧特性や非導通状態におけるアイソレーション特性の向
上のためにデュアルゲート電界効果トランジスタを用い
ることが記載されている。
【００１３】しかしながら、この文献には、送信時に大
電力がＳＰＤＴスイッチに入力された場合の配慮がなさ
れていない。即ち、ＦＥＴ群２にアイソレーションの劣
化が生じ易いという問題がある。また、デュアルゲート
電界効果トランジスタの耐電圧はシングルゲート電界効
果トランジスタの２倍止まりであり、更に大きな電力の
高周波信号には対処することができない。また、アイソ
レーション特性も２倍程度しか改善されない。しかも、
種々のゲート幅を有する電界効果トランジスタを用意し
なければならない。
【００１４】以上のように、従来のＳＰＤＴスイッチあ
るいは文献１に記載されたＳＰＤＴスイッチは、高電力
の高周波信号に対応できず、また、所望の挿入損やアイ
ソレーション特性を実現することができない。更に、電
界効果トランジスタの種類の増加による設計、生産の煩
雑化等の問題を有する。
【００１５】従って、本発明の目的は、高電力の高周波
信号に対応でき、また、所望の挿入損（電力損）やアイ
ソレーション特性を実現することができ、しかも、電界
効果トランジスタの種類の増加等を招くことのない信号
切り替え用スイッチを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの信号切り替え用スイッチは、信号入力部、信号出力
部及び信号入出力部を有し、４つの電界効果トランジス
タ群から成る。第１の電界効果トランジスタ群の一端は
信号入力部に接続され、他端は信号入出力部に接続さ
れ、第２の電界効果トランジスタ群の一端は信号入力部
に接続され、他端は接地され、第３の電界効果トランジ
スタ群の一端は信号出力部に接続され、他端は信号入出
力部に接続され、第４の電界効果トランジスタ群の一端
は信号出力部に接続され、他端は接地されている。そし
て、第１の電界効果トランジスタ群を構成する電界効果
トランジスタは、信号入力部から入力される信号の最大
電流振幅値よりもソース・ドレイン飽和電流の値が大き
くなるようなゲート幅を有し、第２の電界効果トランジ
スタ群を構成する電界効果トランジスタの耐電圧で信号
入力部から入力される入力信号の最大電圧振幅値を除し
た値を切り上げた数の段数で、第２の電界効果トランジ
スタ群は構成されており、第３の電界効果トランジスタ
群を構成する電界効果トランジスタの耐電圧で信号入力
部から入力される入力信号の最大電圧振幅値を除した値
を切り上げた数の段数で、第３の電界効果トランジスタ
群は構成されていることを特徴とする。
【００１７】本発明の信号切り替え用スイッチにおいて
は、第１の電界効果トランジスタ群の段数は、第１の電
界効果トランジスタ群における挿入損及びアイソレーシ
ョンの値が出来る限り小さくなるように決定され、第２
及び第３の電界効果トランジスタ群における挿入損及び
アイソレーションの値が出来る限り小さくなるように、
第２及び第３の電界効果トランジスタ群を構成する電界
効果トランジスタのゲート幅を決定することが好まし
い。
【００１８】また、第４の電界効果トランジスタ群の段
数は受信信号の電力に依存して決定され、第４の電界効
果トランジスタ群を構成する電界効果トランジスタのゲ
ート幅は、第４の電界効果トランジスタ群における挿入
損及びアイソレーションの値が出来る限り小さくなるよ
うに決定されることが望ましい。
【００１９】
【作用】本発明の信号切り替え用スイッチにおいては、
第１の電界効果トランジスタ群（ＦＥＴ群１）を構成す
る電界効果トランジスタは、信号入力部から入力される
信号の最大電流振幅値よりもソース・ドレイン飽和電流
の値が大きくなるようなゲート幅を有する。これによっ
て、高周波信号の送信時、ＦＥＴ群１に大電力の高周波
信号が入力された場合でも、出力される信号に歪みが生
じたり、挿入損が生じることを防止できる。
【００２０】ＦＥＴ群１を構成する電界効果トランジス
タのゲート幅を広げた場合、電界効果トランジスタのア
イソレーション特性が劣化し、所望のアイソレーション
特性を達成できない場合がある。この場合には、ＦＥＴ
群１を多段の電界効果トランジスタで構成する。ＦＥＴ
群１の段数は、第１の電界効果トランジスタ群における
挿入損及びアイソレーションの値が出来る限り小さくな
るように決定する。これによって、各電界効果トランジ
スタの容量成分は段数分の一となり、アイソレーション
特性の劣化を防止することができる。
【００２１】一方、信号入力部から入力される入力信号
の最大電圧振幅値を、第２の電界効果トランジスタ群
（ＦＥＴ群２）を構成する電界効果トランジスタの耐電
圧で除した値を切り上げた数の段数で、ＦＥＴ群２は構
成されている。しかも、信号入力部から入力される入力
信号の最大電圧振幅値を、第３の電界効果トランジスタ
群（ＦＥＴ群３）を構成する電界効果トランジスタの耐
電圧で除した値を切り上げた数の段数で、ＦＥＴ群３は
構成されている。これによって、ＦＥＴ群２及びＦＥＴ
群３を構成する各電界効果トランジスタの容量成分は段
数分の一となり、かかる各電界効果トランジスタが非導
通状態にあるときのゲートバイアスＶgの変動幅が減少
し、大電力の高周波信号に対しても、アイソレーション
特性が劣化することを防止できる。
【００２２】ＦＥＴ群２及びＦＥＴ群３の段数を増やし
た場合、所望の挿入損以上の挿入損となる場合がある。
この場合には、ＦＥＴ群２及びＦＥＴ群３における挿入
損及びアイソレーションの値が出来る限り小さくなるよ
うに、ＦＥＴ群２及びＦＥＴ群３を構成する電界効果ト
ランジスタのゲート幅を決定すればよい。
【００２３】
【実施例】以下、図面を参照して、実施例に基づき本発
明を説明する。
【００２４】通常のＴＤＭＡ通信方式に用いられる通信
装置システムの場合、送信電力が受信電力と比較してか
なり大きい。従って、送信状態における信号切り替え用
スイッチの電力的な配慮を行えばよく、受信状態におけ
る信号切り替え用スイッチの電力的な配慮は行う必要が
ない。また、受信状態では、信号切り替え用スイッチの
信号入力部から信号が入力されることはない。本発明の
信号切り替え用スイッチは、このようなシステムへの適
用に適している。
【００２５】図１に本発明の信号切り替え用スイッチ、
具体的にはＳＰＤＴスイッチの概念図を示す。このスイ
ッチは、従来のＳＰＤＴスイッチと同様に、信号入力部
IN、信号出力部OUT及び信号入出力部IOを有し、４つの
電界効果トランジスタ群から成る。
【００２６】そして、第１の電界効果トランジスタ群
（ＦＥＴ群１）の一端は信号入力部INに接続され、他端
は信号入出力部IOに接続されている。第２の電界効果ト
ランジスタ群（ＦＥＴ群２）の一端は信号入力部INに接
続され、他端は接地されている。第３の電界効果トラン
ジスタ群（ＦＥＴ群３）の一端は信号出力部OUTに接続
され、他端は信号入出力部IOに接続されている。第４の
電界効果トランジスタ群（ＦＥＴ群４）の一端は信号出
力部OUTに接続され、他端は接地されている。尚、ここ
で電界効果トランジスタ群とは、１段あるいは多段の電
界効果トランジスタで構成されていることを意味する。
尚、信号入力部INは通信装置の送信部に接続され、信号
出力部OUTは通信装置の受信部に接続され、信号入出力
部IOはアンテナに接続される。
【００２７】信号切り替え用スイッチが送信状態の場
合、即ち、例えば通信装置の送信部から高周波信号をア
ンテナへと高周波信号を出力する場合、信号切り替え用
スイッチにおいては、ＦＥＴ群１及びＦＥＴ群４が導通
状態となり、ＦＥＴ群２及びＦＥＴ群３は非導通状態と
なる。つまり、高周波信号が、信号入力部INから入力し
ＦＥＴ群１を経由して信号入出力部IOへと出力される。
【００２８】また、信号切り替え用スイッチが受信状態
の場合、即ち、例えばアンテナからの高周波信号を通信
装置の受信部へ高周波信号を入力させる場合、信号切り
替え用スイッチにおいては、ＦＥＴ群３及びＦＥＴ群２
が導通状態となり、ＦＥＴ群４及びＦＥＴ群１は非導通
状態となる。つまり、高周波信号が、信号入出力部IOか
ら入力しＦＥＴ群３を経由して信号出力部OUTへと出力
される。
【００２９】信号切り替え用スイッチにおいて電力的配
慮が必要とされるのは送信状態の場合である。送信状態
における信号切り替え用スイッチの等価回路を図２に示
す。この送信状態においては、ＦＥＴ群１及びＦＥＴ群
４は低インピーダンス状態にあり、ＦＥＴ群２及びＦＥ
Ｔ群３は高インピーダンス状態にある。尚、ＦＥＴ群４
には殆ど電力がかからないので、図２におけるＦＥＴ群
４の図示は省略した。図２から明らかなように、ＦＥＴ
群１には電力的な配慮が必要とされ、ＦＥＴ群２及びＦ
ＥＴ群３には電圧的な配慮が必要とされる。
【００３０】ＦＥＴ群１、ＦＥＴ群２及びＦＥＴ群３の
構成を以下のように決定する。
【００３１】先ず、送信状態において信号切り替え用ス
イッチの信号入力部INに入力される高周波信号の最大電
流振幅値から、ＦＥＴ群１を構成する電界効果トランジ
スタのゲート幅を決定する。即ち、送信状態において信
号入力部INから入力される信号の最大電流振幅値よりも
電界効果トランジスタのソース・ドレイン飽和電流Ｉds
sの値が大きくなるようにゲート幅を決定する。
【００３２】次に、送信状態において信号入力部INから
入力される入力信号の最大電圧振幅値を、ＦＥＴ群２を
構成する電界効果トランジスタの耐電圧で除した値を切
り上げた数の段数で、ＦＥＴ群２を構成する。また、送
信状態において信号入力部INから入力される入力信号の
最大電圧振幅値を、ＦＥＴ群３を構成する電界効果トラ
ンジスタの耐電圧で除した値を切り上げた数の段数で、
ＦＥＴ群３を構成する。
【００３３】こうして、信号切り替え用スイッチに電力
的及び電圧的な適性化を施すことができ、高周波信号の
送信時、即ち信号切り替え用スイッチが送信状態にある
とき、ＦＥＴ群１に大電力の信号が入力された場合で
も、信号切り替え用スイッチから出力される信号に歪み
が生じたり、信号切り替え用スイッチに挿入損が生じる
ことを防止できる。また、ＦＥＴ群２及びＦＥＴ群３を
構成する各電界効果トランジスタが非導通状態にあると
きのゲートバイアスＶgの変動幅が減少し、大電力の高
周波信号に対しても、信号切り替え用スイッチのアイソ
レーション特性が劣化することを防止できる。
【００３４】ＦＥＴ群１を構成する電界効果トランジス
タのゲート幅を広げた場合非導通時の漏れ電流が大きく
なり、電界効果トランジスタのアイソレーション特性が
劣化し、信号受信時、即ち信号切り替え用スイッチの受
信状態において、所望のアイソレーション特性を達成で
きない場合がある。この場合には、ＦＥＴ群１を多段の
電界効果トランジスタで構成する。ＦＥＴ群１の段数
は、第１の電界効果トランジスタ群における挿入損及び
アイソレーションの値が出来る限り小さくなるように決
定すればよい。これによって、各電界効果トランジスタ
の容量成分は段数分の一となり、アイソレーション特性
の劣化を防止することができる。
【００３５】一方、ＦＥＴ群２及びＦＥＴ群３の段数を
増やした場合、所望の挿入損以上の挿入損となる場合が
ある。一般に挿入損を少なくすると、アイソレーション
特性が劣化するという関係がある。それ故、ＦＥＴ群２
及びＦＥＴ群３における挿入損及びアイソレーションの
値が出来る限り小さくなるように、ＦＥＴ群２及びＦＥ
Ｔ群３を構成する電界効果トランジスタのゲート幅を最
適化すればよい。
【００３６】更には、第４の電界効果トランジスタ群
（ＦＥＴ群４）の段数を、受信信号の電力に依存して決
定する。これによって、受信状態におけるＦＥＴ群４の
アイソレーション特性の劣化を防止することができる。
また、ＦＥＴ群４を構成する電界効果トランジスタのゲ
ート幅を、ＦＥＴ群４における挿入損及びアイソレーシ
ョンの値が出来る限り小さくなるように決定する。これ
によって、ＦＥＴ群４の挿入損を最小化することができ
る。
【００３７】１Ｗ程度の高電力の高周波入力信号に適切
に対応し得る信号切り替え用スイッチの具体例を図３に
示す。送信状態における信号入力部からの入力信号、及
び各ＦＥＴ群を構成する電界効果トランジスタの諸元を
以下のとおりとした。尚、入力信号の最大電圧振幅値及
び最大電流振幅値は、通信装置の設計において予め設定
される値である。尚、入力信号の伝送路は５０Ω整合系
である。 入力信号の最大電圧振幅値：１０Ｖ 入力信号の最大電流振幅値：０．２Ａ 第１の電界効果トランジスタ群（ＦＥＴ群１） ゲート幅 ： ２ｍｍ 段数 ： ２段 第２の電界効果トランジスタ群（ＦＥＴ群２） ゲート幅 ： ０．５ｍｍ 耐電圧 ： ７Ｖ 段数 ： ２段 第３の電界効果トランジスタ群（ＦＥＴ群３） ゲート幅 ： ０．５ｍｍ 耐電圧 ： ７Ｖ 段数 ： ２段 第４の電界効果トランジスタ群（ＦＥＴ群４） ゲート幅 ： ０．５ｍｍ 耐電圧 ： ７Ｖ 段数 ： １段
【００３８】ＦＥＴ群１を構成する電界効果トランジス
タのゲート幅を２ｍｍとすることによって導通時のソー
ス・ドレイン飽和電流Ｉdssは０．３Ａ程度となり、送
信状態における入力信号の最大電流振幅値よりも十分大
きな値となる。また、ＦＥＴ群１を構成する電界効果ト
ランジスタの段数を、アイソレーション特性を考慮し
て、２段とした。尚、ＦＥＴ群１を構成する電界効果ト
ランジスタの段数を１段としたときには十分なるアイソ
レーション特性を得ることができなかった。
【００３９】ＦＥＴ群２及びＦＥＴ群３を構成する電界
効果トランジスタの耐電圧は７Ｖである。（入力信号の
最大電圧振幅値）／（電界効果トランジスタの耐電圧）
＝１０／７である。それ故、電界効果トランジスタの段
数を２段とした。また、ＦＥＴ群３を構成する電界効果
トランジスタのゲート幅を０．５ｍｍとすることによっ
て導通時のソース・ドレイン飽和電流Ｉdssは０．１Ａ
程度となり、受信状態における信号入出力部IOからの入
力信号の最大電流振幅値よりも十分大きな値となる。Ｆ
ＥＴ群２に関しては電力的な配慮は不要であり、専ら挿
入損を配慮すればよいため、ＦＥＴ群２を構成する電界
効果トランジスタのゲート幅を０．５ｍｍとした。
【００４０】ＦＥＴ群４を構成する電界効果トランジス
タの耐電圧は７Ｖである。この値は、受信状態における
信号入出力部IOからの入力信号の最大電圧振幅値（設計
値は０．１Ｖ）よりも十分大きな値である。従って、Ｆ
ＥＴ群４を構成する電界効果トランジスタの段数を１段
とした。また、挿入損及びアイソレーションの値が出来
る限り小さくなるように、ＦＥＴ群４を構成する電界効
果トランジスタのゲート幅を０．５ｍｍとした。
【００４１】図４に従来のＳＰＤＴスイッチの具体的な
構成を示す。各ＦＥＴ群は全て１段の電界効果トランジ
スタから構成されており、全ての電界効果トランジスタ
のゲート幅は１ｍｍである。図４に示す従来のＳＰＤＴ
スイッチにおいては、送信状態における電力的及び電圧
的な配慮はなされていない。
【００４２】図３に示した本発明の信号切り替え用スイ
ッチと、図４に示した従来のＳＰＤＴスイッチとを比較
すると、本発明の信号切り替え用スイッチはＦＥＴ群１
を構成する電界効果トランジスタのゲート幅が２倍あ
り、従って、２倍の電流を流し得る。また、ＦＥＴ群
１、ＦＥＴ群２及びＦＥＴ群３は２段の電界効果トラン
ジスタから構成されているので、２倍の耐電圧を有し、
アイソレーション特性に優れる。
【００４３】図３に示した本発明の信号切り替え用スイ
ッチ及び図４に示した従来のＳＰＤＴスイッチの挿入損
及びアイソレーション特性のシミュレーション結果を、
図５に示す。図５における各線は、以下の特性を示す。
尚、挿入損は、高周波電力が通過する度合であるＳパラ
メータ（Ｓ２１）で示した。 実線（Ａ）：送信状態における本発明の信号切り替え用
スイッチの信号入出力部IOと信号入力部INとの間の挿入
損。 実線（Ｂ）：送信状態における本発明の信号切り替え用
スイッチの信号入出力部IOと信号出力部OUTとの間のア
イソレーション特性。 点線（Ｃ）：受信状態における本発明の信号切り替え用
スイッチの信号入出力部IOと信号出力部OUTとの間の挿
入損。 点線（Ｄ）：受信状態における本発明の信号切り替え用
スイッチの信号入出力部IOと信号入力部INとの間のアイ
ソレーション特性。 一点鎖線（Ｅ）：従来のＳＰＤＴスイッチの送信状態
（又は受信状態）の信号入出力部IOと信号入力部IN（又
は信号出力部OUT）との間の挿入損。 一点鎖線（Ｆ）：従来のＳＰＤＴスイッチの送信状態
（又は受信状態）の信号入出力部IOと信号出力部OUT
（又は信号入力部IN）との間のアイソレーション特性。
【００４４】従来のＳＰＤＴスイッチは、ＦＥＴ群１，
ＦＥＴ群２と、ＦＥＴ群３，ＦＥＴ群４が同じ構成であ
るが故に、送信状態と受信状態とでは同じ特性を有す
る。図５から明らかなように、受信状態における挿入損
及びアイソレーション特性は、本発明の信号切り替え用
スイッチの方が若干悪いものの、送信状態における挿入
損及びアイソレーション特性は、本発明の信号切り替え
用スイッチの方が格段に優れている。
【００４５】以上、本発明の信号切り替え用スイッチ
を、通信装置とアンテナの間に配置して通信装置の送受
信状態を切り替える例に基づき専ら説明したが、本発明
はこの実施例に限定されるものではない。本発明の信号
切り替え用スイッチを用いて任意の３つの装置（例えば
装置１，装置２，装置３）を接続し、かかる装置間（例
えば装置１と装置２、並びに装置１と装置３）における
信号の切り替えに本発明の信号切り替え用スイッチを用
いることができる。この場合、今まで述べてきた信号の
送信状態、受信状態という概念は、かかる装置間におけ
る信号の伝達状態という概念に置き換えればよい。ま
た、信号入力部及び信号出力部は、第１の信号入出力部
及び第２の信号入出力部と置き換えればよい。更に、信
号入力部から入力される信号の最大電流振幅値及び最大
電圧振幅値とは、電界効果トランジスタ群を構成する電
界効果トランジスタを流れる信号の最大電流振幅値及び
最大電圧振幅値とすればよい。
【００４６】実施例にて説明した各種数値や電界効果ト
ランジスタの段数は例示であり、信号切り替え用スイッ
チに要求される特性に応じて、適宜最適な数値や段数に
変更することができる。電界効果トランジスタとして
は、ＭＥＳＦＥＴやＪＦＥＴ等如何なる電界効果トラン
ジスタを用いることもできるが、ＪＦＥＴのビルトイン
電圧ＶBIは約１．２Ｖであり、ＭＥＳＦＥＴのビルトイ
ン電圧ＶBI（約０．４Ｖ）よりも高く、大きなソース・
ドレイン飽和電流Ｉdssを得ることができるという観点
から、ＪＦＥＴを用いることが好ましい。
【００４７】
【発明の効果】本発明によれば、送信状態における高周
波信号の電力を考慮して、信号切り替え用スイッチを構
成する電界効果トランジスタのゲート幅や段数を決定す
ることによって、合理的に電力的並びに電圧的な配慮の
なされた信号切り替え用スイッチを設計することができ
る。本発明の信号切り替え用スイッチは、大電力の高周
波信号用スイッチとして適しており、挿入損が少なく、
アイソレーション特性に優れる。また、種々の電界効果
トランジスタを用意する必要がなく、信号切り替え用ス
イッチの設計効率や生産性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の信号切り替え用スイッチの概念図であ
る。
【図２】本発明の信号切り替え用スイッチが送信状態の
場合の、信号切り替え用スイッチの等価回路である。
【図３】本発明の信号切り替え用スイッチの具体例を示
す図である。
【図４】従来のＳＰＤＴスイッチの具体的な構成を示す
図である。
【図５】本発明の信号切り替え用スイッチ及び従来のＳ
ＰＤＴスイッチの挿入損及びアイソレーション特性のシ
ミュレーション結果を示す図である。
【図６】信号切り替え用スイッチにおいて用いられる電
界効果トランジスタのゲートバイアスＶgとソース・ド
レイン飽和電流Ｉdssの関係を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H03K 17/00 - 17/70 H01P 1/10 - 1/195

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】信号入力部、信号出力部及び信号入出力部
    を有し、４つの電界効果トランジスタ群から成る信号切
    り替え用スイッチであって、 第１の電界効果トランジスタ群の一端は信号入力部に接
    続され、他端は信号入出力部に接続され、 第２の電界効果トランジスタ群の一端は信号入力部に接
    続され、他端は接地され、 第３の電界効果トランジスタ群の一端は信号出力部に接
    続され、他端は信号入出力部に接続され、 第４の電界効果トランジスタ群の一端は信号出力部に接
    続され、他端は接地されており、 第１の電界効果トランジスタ群を構成する電界効果トラ
    ンジスタは、信号入力部から入力される信号の最大電流
    振幅値よりもソース・ドレイン飽和電流の値が大きくな
    るようなゲート幅を有し、 第２の電界効果トランジスタ群を構成する電界効果トラ
    ンジスタの耐電圧で信号入力部から入力される入力信号
    の最大電圧振幅値を除した値を切り上げた数の段数で、
    第２の電界効果トランジスタ群は構成され、 第３の電界効果トランジスタ群を構成する電界効果トラ
    ンジスタの耐電圧で信号入力部から入力される入力信号
    の最大電圧振幅値を除した値を切り上げた数の段数で、
    第３の電界効果トランジスタ群は構成されていることを
    特徴とする信号切り替え用スイッチ。
  2. 【請求項２】第１の電界効果トランジスタ群の段数は、
    第１の電界効果トランジスタ群における挿入損及びアイ
    ソレーションの値が出来る限り小さくなるように決定さ
    れ、 第２及び第３の電界効果トランジスタ群における挿入損
    及びアイソレーションの値が出来る限り小さくなるよう
    に、第２及び第３の電界効果トランジスタ群を構成する
    電界効果トランジスタのゲート幅を決定することを特徴
    とする請求項１に記載の信号切り替え用スイッチ。
  3. 【請求項３】第４の電界効果トランジスタ群の段数は受
    信信号の電力に依存して決定され、第４の電界効果トラ
    ンジスタ群を構成する電界効果トランジスタのゲート幅
    は、第４の電界効果トランジスタ群における挿入損及び
    アイソレーションの値が出来る限り小さくなるように決
    定されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載
    の信号切り替え用スイッチ。
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