CN103219974A - 高频开关 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及可以抑制失真特性劣化的高频开关。根据本发明的高频开关，包括：向天线(110)输出发送信号的共用端口(CX)；输入上述发送信号的发送端口(TX1、TX2)；连接在多个发送端口和共用端口之间，并导通或者切断从各发送端口到共用端口的发送信号的多个开关部(100A、100B)，且开关部具有形成在硅基板上的一个以上的MOSFET(T∑Ω)，并且在MOSFET中，在连接在共用端口的MOSFET的基极端子与连接在共用端口的端子之间连接有电容器。
Description
技术领域
本发明涉及高频开关，尤其涉及使用于无线通信设备的前端部的高频开关。
背景技术
使用于便携式电话机的前端部的高频开关，例如使用在GSM(Global System for Mobile Communications，全球移动通信系统)终端时，因为输出35dBm的高功率，因此需要可以适应这种高功率。
作为与此相关的现有技术，已经公开了串联连接多个FET(Field Effect Transistor，场效应晶体管)构成高频开关的各开关部，并且将施加在各开关的电压均等分配在作为构成要素的多个FET上，从而提高高频开关的内压的结构(引用文献1)。
专利文献1：日本专利公开2005-515657号公报。
然而，形成在硅基板的MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，金属氧化层半导体场效晶体管)在源极/漏极各端子和基极端子之间具有寄生二极管。并且，如果在发送信号时从导通端口(ON Port)侧的开关部通过共用端口输入到天线的功率变大，则在构成截止端口(OFF Port)侧开关部的MOSFET中，会使距共用端口近的MOSFET的上述寄生二极管导通，从而会产生信号波形失真的现象。该现象会使高 频开关的失真特性(谐波特性)劣化，但是上述现有技术不能解决这样的问题。
发明内容
本发明用于解决上述问题，即在构成各开关部的金属氧化层半导体场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor：MOSFET)中在连接在共用端口的MOSFET的基极端子与连接在共用端口的端子(漏极端子)之间连接电容器。从而，将从共用端口向截止端口(OFF Port)侧的开关施加的高功率的发送信号向基极端子进行前馈，从而防止上述寄生二极管被导通，因此其目的为抑制高频开关的失真特性的劣化。
为了解决上述问题，根据本发明的高频开关，包括：向天线输出发送信号的共用端口；输入上述发送信号的发送端口；连接在多个上述发送端口和上述共用端口之间，并导通或者切断从各发送端口到上述共用端口的上述发送信号的多个开关部。且上述开关部具有形成在硅基板的一个以上的MOSFET，并且在上述MOSFET中在连接在上述共用端口的MOSFET的基极端子和连接在上述共用端口的端子之间连接有电容器。
即，根据本发明的高频开关，通过上述电容，将从共用端口侧向OFF Port侧的开关输入的高功率的发送信号向基极端子进行前馈，从而防止寄生二极管被导通。
使用根据本发明的高频开关，可抑制高频开关的失真特性的劣化。
附图说明
图1是示出根据本发明实施方式的高频开关和连接有前馈电容器的MOSFET的等效电路的图。
图2是示出在现有高频开关中OFF Port的开关部使失真特性劣化的现象的图。
图3是示出根据本发明实施方式的高频开关中防止发送信号失真特性劣化的前馈电容的功能的说明图。
具体实施方式
下面对根据本发明实施方式的高频开关进行详细说明。
图1是示出根据本发明实施方式的高频开关A和连接有前馈电容器的MOSFET的等效电路B的图纸。
高频开关一般使用于无线通信设备的前端部，并且具有根据发送/接收的转换、接收方式的转换以及发送方式的转换中的至少一个进行端口转换的功能。根据本实施方式的高频开关，可以为由根据发送方式的转换进行端口转换的SPDT(Single Pole Double Throw，单刀多掷)开关构成的高频开关。
图1的A是示出根据本实施方式的由SPDT开关构成的高频开关的图。根据本实施方式的高频开关，根据发送方式的转换进行端口转换。即，例如进行在GSM终端的波段的转换(例如，窄带的850NHz和宽带的1900MHz的转换)。
如图1的A所示，高频开关1包括通过共用端口CX共同(并联)连接在天线110的第1开关部100A和第2开关部100B。第1开关部100A连接在第1发送端口TX1和共用端口CX之间，第2开关部100B连接在第2发送端口TX2和共用端口CX之间。
第1开关部100A根据输入到第1共用栅极端子GATE_TX1的控制信号，导通或切断来自第1发送端口TX1的第1发送信号。导通时，第1 开关部100A将输入到第1发送端口TX1的第1发送信号(例如850MHz的发送信号)输出到共用端口CX。并且，从共用端口CX向天线110输出第1发送信号。
第2开关部100B根据输入到第2共用栅极端子GATE_TX2的控制信号，导通或切断来自第2发送端口TX2的第2发送信号。导通时，第2开关部100B将输入到第2发送端口TX2的第2发送信号(例如1900MHz的发送信号)输出到共用端口CX。并且，从共用端口CX向天线110输出第2发送信号。
即，高频开关1可以通过使得第1开关部100A或第2开关部100B中任意一个导通发送信号，另一个切断发送信号来进行发送端口的转换。以下，将导通状态的开关部称为导通端口(ON Port)的开关部，将切断状态的开关部称为截止端口(OFF Port)的开关部。
第1开关部100A包括串联连接的多个MOSFET(T∑Ω)。其中，MOSFET(T∑Ω)具有源极端子和漏极端子，但是这些端子在MOSFET的结构上没有区别。因此，在本说明书中为了方便，在连接在天线110的第1开关部100A的各MOSFET(T∑Ω)中，假设距天线110近的一侧的端子为漏极端子来进行说明。并且，MOSFET(T∑Ω)“串联连接”是指一个MOSFET(T∑Ω)的源极端子或漏极端子中的任意一个与另一个MOSFET(T∑Ω)的源极端子或漏极端子中的任意一个相连接的状态。并且各MOSFET(T∑Ω)使用n型MOSFET进行说明。
MOSFET(T∑Ω)可以形成在SOI(Silicon On Insulator，绝缘体上硅)基板上。形成在SOI基板上的MOSFET(T∑Ω)具有：形成在由氧化硅(SiO2)组成的绝缘层上的硅层上的FET元件以元件单体的方式被其绝缘层包围的结构，并且各FET通过作为绝缘体的氧化硅相互被电分离。
第1开关部100A还包括，在各MOSFET(T∑Ω)的栅极端子和第1共用栅极端子GATE_TX1之间配置的栅极电阻Rgate和各MOSFET(T∑Ω)的基极(背栅极、阱)端子和第1共用基极端子BODY_TX1之间配置的基极电阻Rbody。之所以配置基极电阻Rbody是为了减少由来自基极区域的泄漏功率引起的损耗。
并且，在串联连接的多个MOSFET(T∑Ω)中在连接在共用端CX的MOSFET(T∑Ω)(在图1的A的第1开关部100A中用圆形虚线圈出的MOSFET(T∑Ω)，以下称为“第1先头MOSFET”)的漏极端子和基极端子之间连接有第1前馈电容器(电容器)CFF1。第1前馈电容 
具有将施加在第1先头MOSFET的漏极端子的信号传输到第1先头MOSFET(T∑Ω)的基极端子的功能。
第2开关部100B也具有与第1开关部100A相同的结构。因此，省略或简要说明已经在第1开关部100A中说明的内容。
第2开关部100B具有串联连接的多个MOSFET(T∑Ω)；配置在各MOSFET(T∑Ω)的栅极端子和第2共用栅极端子GATE_TX2之间的栅极电阻Rgate；配置在各MOSFET(T∑Ω)的基极端子和第2共用基极端子BODY_TX2之间的基极电阻Rbody。并且，在串联连接的多个MOSFET(T∑Ω)中，连接在共用端CX的MOSFET(T∑Ω)(在图1的A的第2开关部100B中用虚线圆圈出的MOSFET(T∑Ω)，以下称为“第2先头MOSFET”)包含连接在漏极端子和基极端子之间的第2前馈电容器(电容器)CFF2。第2前馈电容器CFF2具有将施加在第2先头MOSFET的漏极端子的信号传输到第2先头MOSFET的基极端子的功能。
对根据本实施方式的高频开关1的动作进行说明。
对第1开关部100A为ON Port、第2开关部100B为OFF Port时的情况进行说明。并且，在第1开关部100A为OFF Port、第2开关部100B为ON Port时也可作相同的考虑(省略这时的说明)。
如果向第1共用栅极端子GATE_TX1输入高电平控制信号，则第1开关部100A的所有MOSFET(T∑Ω)将会被导通。随之，第1开关部100A成为ON Port，从而输入到第1发送端口TX1的第1发送信号将会通过共用端口CX传输到天线110。
这时，由于向第2共用栅极端子GATE_TX2输入的是低电平的控制信号，因此第2开关部100B的所有MOSFET(T∑Ω)将会变成切断状态。从而，第2开关部100B成为OFF Port，因此即使信号输入到第2发送端口，其信号也不会通过共用端口CX传输到天线110。
从第1开关部100A向共用端口CX输出的第1发送信号，也会被施加到与第1开关部100A并列连接在共用端口CX的第2开关部100B上。特别是，在构成第2开关部100B的串联连接的多个MOSFET(T∑Ω)中连接在天线110的第2先头MOSFET(T∑Ω)的漏极端子上将会被直接施加第1发送信号。
在图1的B所示的MOSFET的等效电路中，因为连接有第2前馈电容器CFF2，因此可以看作为第2先头MOSFET(T∑Ω)的等效电路。
在图1的B中，栅极-源极间电容CGS表示栅极端子和源极端子之间的电容，栅极-漏极间电容CGD表示栅极端子和漏极端子之间的电容，源极-基极间电容CSB表示源极端子和基极端子之间的电容，漏极-基极间电容CDB表示漏极端子和基极端子之间的电容。基极-源极间二极管DBS表示由基极区域和源极区域之间的PN结构成的寄生二极管，基极-漏极间二极管DBD表示由基极区域和漏极区域之间的PN结构成的寄生二极管(以下称为“寄生二极管DBD”)。
漏极端子-源极端子间的电阻RDS，由于OFF Port的第2开关部100B的各MOSFET为切断状态，因此取处于切断状态的MOSFET(T∑Ω)的沟道电阻值，即为MOSFET(T∑Ω)的OFF电阻值。
在第2先头MOSFET(T∑Ω)的基极端子和漏极端子之间配置有第2前馈电容器CFF2。
图2是在现有高频开关中，表示OFF Port的开关部使失真特性劣化的现象的图。图2的上侧图表示的是现有的由SPDT开关构成的高频开关，下侧图表示的是构成高频开关OFF Port侧开关部的MOSFET中连接在共用端口CX的MOSFET的等效电路的图。
并且，在图2所示的现有的高频开关，除了不包括前馈电容器以外与本实施方式的结构相同，因此沿用本实施方式中使用的标记及用语进行说明。
寄生二极管DBD，通常以基极端子比漏极端子为低电位的方式被施加电压(反向偏压)，因此为非导通状态。但是，例如在GSM终端上会有从第1发送端口TX1通过共用端口向天线110施加35dBm左右的高功率的第1发送信号VTΞ1的情况发生。其结果，连接在输出第1发送信号VTΞ1的共用端口CX上的第2先头MOSFET(T∑Ω)的漏极电极上会被施加第1发送信号VTΞ1，从而有可能让漏极端子相对于基极端子成为低电位(正向偏压)。并且，如果在寄生二极管DBD上被施加超过其临界电压的电压，则寄生二极管DBD将会被导通，从而从基极端子向漏极端子方向产生电流I的同时会对输出到共用端口CX的第1发送信号VTΞ1进行电压钳位。该现象，可以让第1发送信号VTΞ1失真，因此可以使高频开关的失真特性劣化。
图3是示出在根据本实施方式的高频开关中防止发送信号失真特性劣化的前馈电容器的功能的说明图。图3的上侧图为示出根据本实施方式的高频开关的图，下侧图为示出第2先头MOSFET的等效电路的图。
如图3所示，从为ON Port的第1开关部100A输出到共用端口CX的第1发送信号VTΞ1会被施加到为OFF Port的第2开关部100B的第2先头MOSFET(T∑Ω)的漏极端子上。但是，在本实施方式中，在第2先头MOSFET(T∑Ω)的基极端子和漏极端子之间将会被配置第2前馈电容器CFF2。从而，施加到第2先头MOSFET(T∑Ω)的漏极端子的第1发送信号VTΞ1会通过第2前馈电容器CFF2被前馈到基极端子。其结果，在第2先头MOSFET(T∑Ω)的基极端子中，将会使通过第2共用基极端子原本被施加的直流电压成分和与漏极端子具有相同的相位且具有相同的振幅(实际为相近的相位、相近的振幅)的交流电压成分相重叠。这时，在第2先头MOSFET(T∑Ω)的寄生二极管DBΔ中，在阴极和阳极上将会被施加相同的相位且相同的振幅的交流电压成分。
从而，在寄生二极管DBD中，通常保持所施加的反向偏压，并且对于由于被施加第1发送信号VTΞ1而引起的影响，因为阴极和阳极具有相同的电流成分，因此几乎可以被抵消。其结果，由于可以防止寄生二极管DBΔ被导通，因此可以防止高频开关的失真特性的劣化。
并且，在本实施方式中，由于第2先头MOSFET(T∑Ω)形成在SOI基板上，因此与其他MOSFET(T∑Ω)相比基极区域是分离的。从而，通过在第2先头MOSFET(T∑Ω)上配备第2前馈电容器CFF2，可以有效地向其基极端子前馈施加到漏极端子的第1发送信号VTΞ1。即，可以更有效地防止高频开关1的失真特性的劣化。
并且，由于在构成第2开关部100B的各MOSFET(T∑Ω)的基极端子上分别配置有基极电阻Rbody，因此可以提高第2先头MOSFET(T∑Ω)和其他MOSFET(T∑Ω)的基极区域的分离性。从而，可以更有效地防止高频开关1的失真特性的劣化。
并且，由于在构成各开关部100A、开关部100B的多个MOSFET(T∑Ω)中，存在寄生电容成分和寄生电阻成分，因此向各MOSFET(T∑Ω)施加 的电压不会被均等分配。即，在各开关部100A、开关部100B上，串联连接的MOSFET(T∑Ω)中，施加在连接在共用端口CX的MOSFET(T∑Ω)(即，第1先头MOSFET(T∑Ω)及第2先头MOSFET(T∑Ω))上的电压会变得比较大。因此，在各开关部100A、开关部100B中，即使只在串联连接的MOSFET(T∑Ω)中连接在共用端口CX的MOSFET(T∑Ω)(即，第1先头MOSFET(T∑Ω)及第2先头MOSFET(T∑Ω))上，配置前馈电容器 
前馈电容器 
也可以有效地防止高频开关1的失真特性的劣化，从而可以抑制由于将前馈电容器还配置在其他的MOSFET(T∑Ω)上所引起的芯片尺寸的增加。
根据本实施方式的高频开关具有如下的效果。即，在构成共同连接在共用端口的各开关部的MOSFET中，在连接在共用端口的MOSFET的基极端子和漏极端子之间连接电容。从而，将从共用端口侧向OFF Port的开关施加的发送信号向基极端子进行前馈，从而防止上述寄生二极管被导通，因此可以抑制高频开关失真特性的劣化。
以上，虽然对根据本发明实施方式的高频开关进行了说明，但是本发明的实施方式不限于上述的实施方式。即，根据本发明实施方式的高频开关，可以是由根据发送/接收方式的转换进行端口转换的发送/接收系统SP4T(Single Pole 4Throw，单刀四掷)开关构成的高频开关。并且，也可以是SPMP(Single Pole Multi Throw，单刀多掷)开关及MPMT(Multi Pole Multi Throw，多刀多掷)开关。
并且，构成各开关部的MOSFET不限定为n型的MOSFET，也可以为p型的MOSFET。
并且，MOSFET不限定为形成在SOI基板上的，也可以为形成在SOI以外的硅基板(例如块体(Bulk)基板)上的。
并且，构成各开关部的MOSFET的数量不限定于多个，可以为1个。
并且，构成各开关部的MOSFET中连接有前馈电容器的MOSFET不限定在1个，可以为2个以上。
符号说明
1高频开关 100A、100B开关部
110天线 。
Claims (5)
1.一种高频开关，包括：
向天线输出发送信号的共用端口；
输入所述发送信号的发送端口；以及
连接在多个所述发送端口和所述共用端口之间，并导通或者切断从各发送端口到所述共用端口的所述发送信号的多个开关部，
并且所述开关部具有形成在硅基板上的一个以上的金属氧化层半导体场效晶体管，并且在所述金属氧化层半导体场效晶体管中，在连接在所述共用端口的金属氧化层半导体场效晶体管的基极端子和连接在所述共用端口的端子之间连接有电容器。
2.根据权利要求1所述的高频开关，其特征在于，
所述开关部分别由多个所述金属氧化层半导体场效晶体管串联连接而成，并且所述金属氧化层半导体场效晶体管中只在连接在所述天线的所述金属氧化层半导体场效晶体管上连接有所述电容。
3.根据权利要求1所述的高频开关，其特征在于，
在所述金属氧化层半导体场效晶体管的所述基极端子上，分别通过电阻器供给基板电位。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的高频开关，其特征在于，
所述硅基板为SOI基板。
5.根据权利要求1到3中任一项所述的高频开关，其特征在于，
所述硅基板为块体基板。
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| K.MIYATSUJI AT AL: "A GaAs High-Power RF Single-Pole Double-Throw Switch IC for Digital Mobile Communication System", 《IEEE INTERNATIONAL SOLID-STATE CIRCUIT CONFERENCE DIGEST OF》, 31 December 1994 (1994-12-31), pages 34 - 35 * |
| M.B.SHIFRIN AT AL: "Monolithic FET Structures for", 《IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES》, vol. 37, no. 12, 31 December 1989 (1989-12-31), pages 2134 - 2141, XP000173188, DOI: doi:10.1109/22.44132 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103219974B (zh) | 2016-05-11 |
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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