CN1716777A - 高频开关电路装置 - Google Patents

Abstract

利用由肖特基接合方式制成的多个二极管，在形成开关用的和用于确保绝缘性的MESFET的化合物半导体基板上一体地形成能够选择多个控制电压输入端子的电压较高一方的二极管逻辑电路。接着，利用多个控制电压输入端子来控制开关用的MESFET，通过从二极管逻辑电路输出的OR电压来控制用于确保绝缘性的MFSFET。

Description

高频开关电路装置

技术领域

本发明涉及利用形成于化合物半导体基板上的金属半导体场效应晶体管构成的、适用于便携式电话等通信终端装置的高频开关电路装置。

背景技术

在便携式电话的通信系统中，由于规格的原因造成访问方式或无线传输频率是不同的。因此，为了在世界各个不同地区使用便携式电话机，需要根据使用服务的国家和地区来携带基于各种规格的便携式电话机，或者需要携带与多个通信系统相对应的一台对应多频带的便携式电话机。

在后一种情况下，为了在一台上能使用多个通信系统，可以利用按每一个通信系统制造的部件来构成便携式电话机。但是，随着可对应的系统数量的成比例增加，容积和重量也随之增加。因此，不适合于携带用。此时，对应于多个系统的小巧轻薄的高频部件就成为必需。

在便携式电话等移动通信终端中，在通信时使用GHz频带的无线电波。在这种情况下，在天线的转换电路和收发转换电路等中，将采用高频方式下频率特性出色的砷化镓(GaAs)的场效应晶体管用作为转换元件。

例如，在这种场效应晶体管中，通过在栅极电压端子上施加比夹断电压足够高的栅极偏置电压，并施加H电平(例如，3V)的电压，使漏极-源极之间变为低阻抗，从而能够将场效应晶体管控制在导通状态下。反之，通过在栅极电压端子上施加比夹断电压足够低的栅极偏置电压，并施加L电平(例如，0V)的电压，以使漏极-源极之间变为高阻抗，从而能够将场效应晶体管控制在截止状态下。

图13是示出关于使用了这类转换元件的现有技术的第一种结构的高频开关电路装置的一个示例的电路图。该高频开关电路装置例如是作为天线开关部使用的。这里，作为举例示出了具有一个高频开关电路装置的高频用SP3T(Single-Pole Triple-Throw：单刀三掷)开关。

高频用SP3T开关比如用来将所输入的高频信号的输出通路进行切换，在该输入侧中配置有第1高频信号端子RF1。另外，在输出侧中，配置有第2高频信号端子RF2、第3高频信号端子RF3和第4高频信号端子RF4。输入到第1高频信号端子RF1的高频信号是从第2高频信号端子RF2、第3高频信号端子RF3和第4高频信号端子RF4中任一个输出的。上面所述的开关的输入输出关系反过来也是可以的。

在第1高频信号端子RF1和第2高频信号端子RF2之间，设有第1场效应晶体管FET1，它是用来执行高频信号通路的转换的开关电路。另外，在第1高频信号端子RF1和第3高频信号端子RF3之间，设有作为相同的开关电路的第2场效应晶体管FET2。在第1高频信号端子RF1和第4高频信号端子RF4之间，设有作为相同的开关电路的第3场效应晶体管RET3。下面，假定场效应晶体管是指将场效应晶体管用作为转换元件的开关电路。

接下来，根据提供给第1控制电压输入端子CTL1、第2控制电压输入端子CTL2和第3控制电压输入端子CTL3的控制电压，来分别控制各个场效应晶体管FET1、FET2、FET3的导通与截止。由此，将第1高频信号端子RF1电连接于第2高频信号端子RF2、第3高频信号端子RF3和第4高频信号端子RF4中的任一个。另外，示出了标记R1、R2和R3是连接于第1场效应晶体管FET1、第2场效应晶体管FET2和第3场效应晶体管FET3中的每一个场效应晶体管栅极上的电阻。

另一方面，当将这类GaAs FET用作为转换元件时，就存在难以兼顾低插入损耗和高绝缘性这两方面的问题。在FET单体中，为了获得高绝缘性，可以减小FET的栅极电压端子幅值。然而，当使栅极电压端子幅值变小时，导通电阻增大，因此就存在使插入损耗变差的问题。所以，难以兼顾低插入损耗和高绝缘性这两方面。虽然在这类FET单体中难以兼顾低插入损耗和高绝缘性这两方面，但是没有想到通过组合FET来解决这个问题。

在图4中，示出了关于如上述结构的现有技术的的第2种结构之高频开关电路装置的示例的电路图。这里，作为举例，示出了分别相对于信号通路各组成一个串联FET和并联FET的高频用SP3T开关。

通过这种结构，处于导通状态的并联FET能够将经由处于截止状态的串联FET的电容分量而漏掉的RF信号导入到地面，从而获得较高的绝缘性。在该高频开关电路装置中，在第2高频信号端子RF2和接地端子GND之间配置有第4场效应晶体管FET4。因此，当在第1高频信号端子RF1和第2高频信号端子RF2之间处于断开状态时，将经由第1场效应晶体管FET1从第1高频信号端子RF1到第2高频信号端子RF2漏出的信号导入到地面。同样，在第3高频信号端子RF3和接地段子GND之间，配置有第5场效应晶体管FET5。此外，在第4高频信号端子RF4和接地端子GND之间，还配置有第6场效应晶体管FET6。

如上所述，在该开关电路中，形成由第4场效应晶体管FET4、第5场效应晶体管FET5和第6场效应晶体管FET6构成的并联电路。标记R4、R5和R6表示连接于第4场效应晶体管FET4、第5场效应晶体管FET5和第6场效应晶体管FET6的各场效应晶体管栅极上的电阻。标记C1、C2和C3表示与第4场效应晶体管FET4、第5场效应晶体管FET5和第6场效应晶体管FET6串联连接的电容器。

这些场效应晶体管FET1～FET6通过向第1控制电压输入端子CTL1至第6控制电压输入端子CTL6提供的控制电压来控制导通和截止。

具体来讲，如图15的控制逻辑表所示那样，当第1控制电压输入端子CTL1变为高电平状态时，第5控制电压输入端子CTL5和第6电压控制输入端子CTL6变为高电平状态。同样，当第2控制电压输入端子CTL2变为高电平状态时，第4控制电压输入端子CTL4和第6控制电压输入端子CTL6变为高电平状态。另外，当第3控制电压输入端子CTL3变为高电平状态时，第4控制电压输入端子CTL4和第5控制电压输入端子CTL5变为高电平状态。因此，良好地保持了各高频信号间的绝缘特性。

然而，为了采用具有确保这种绝缘性的并联FET的高频用SP3T开关电路的结构，就必须要有仅用于独立地控制施加于各并联FET的栅极电压端子上的控制电压的3个系统的控制电压输入端子。所以，如果要包含串联FET的控制作用，则需要6个系统的控制电压输入端子。其结果是，产生像高频开关电路装置的封装的引脚数目增加以及封装尺寸加大这样的问题，不适合于要求装置小巧的便携式终端。

如图16所示，作为用于避免上述控制电压输入端子数目增加的最简单方法的第1种方法，采用了关于现有技术的第3种结构的高频开关电路装置的结构。也就是说，在各条信号通路中，分别对每一个串联FET各组合两个并联FET。

具体来讲，在上面所示的SP3T开关结构中，在第2高频信号端子RF2和接地端子GND之间添加第7场效应晶体管FET7。另外，在第3高频信号端子RF3和接地端子GND之间同样也添加第8场效应晶体管FET8。此外，还在第4高频信号端子RF4和接地端子GND之间添加第9场效应晶体管FET9。

接下来，通过第1控制电压输入端子CTL1对第1场效应晶体管FET1、第5场效应晶体管FET5和第6场效应晶体管FET6进行导通和截止控制。同样，通过第2控制电压输入端子CTL2对第2场效应晶体管FET2、第4场效应晶体管FET4和第9场效应晶体管FET9进行导通和截止控制。再通过第3控制电压输入端子CTL3对第3场效应晶体管FET3、第7场效应晶体管FET7和第8场效应晶体管FET8进行导通和截止控制。

因此，能够通过3个系统的控制电压输入端子而良好地保持绝缘性。标记R7、R8和R9表示连接于第7场效应晶体管FET7、第8场效应晶体管FET8和第9场效应晶体管FET9中的各栅极上的电阻。标记C4、C5和C6表示与第7场效应晶体管FET7、第8场效应晶体管FET8和第9场效应晶体管FET9分别串联连接的电容器。

另外，除此之外，在专利文件1中还示出了第2种方法，即：通过将差动放大电路以及倒相电路的对称控制电压发生电路内置于高频开关电路装置以减少SPDT开关的控制电压输入端子。另外，在专利文件2中示出了第3种方法，即：通过将串联FET的控制电压输入端子连接于接地端子，将并联FET的漏极或源极连接于电源端子，并且将并联FET的控制电压施加于串联FET的漏极或源极上，来减少控制电压输入端子。

专利文件1：特开平6-85641号公报

专利文件2：特开平11-150464号公报

然而，即使利用上述方法，也会发生在下面所示的问题。

在上述第1种方法中，增加了FET的数目，导致GaAs芯片尺寸的增大。另外，与此同时，由于在各条信号通路中都增加了一个并联FET，因此增加了并联连接于导通通路的截止状态的FET，也就是增加了电容分量。因此，导致导通通路的插入损耗的频率特性变差。

另外，在第2种方法中，在GaAs芯片内制造差动放大电路和倒相电路是相当困难的。由此，外部引脚数目的增加和部件个数的增加导致FET形成方面的整体工序数量的增加。

此外，在第3种方法中，为了控制各FET的漏极或源极电压，在大多数FET的漏极和源极的前后，都必须要连接用于切断DC(直流电)的电容器。因此，在高频开关电路中必须要内置有许多电容器，这导致芯片面积的增大以及部件个数的增加。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于：提供了这样一种高频开关电路装置，它能够在不导致芯片尺寸的增大、导通通路的插入损耗的频率特性变差以及经由外部引脚输入的控制信号数量的增加的情况下精确地控制开关元件。

本发明的另一目的是，在今后开发的便携式电话机更加多频带化的情况下，提供一种能实现用于实现小巧轻薄的便携式电话机的小巧轻薄的天线开关之高频开关电路装置。

本发明的再一目的是，提供一种实现在多频带化时难以保证的绝缘性的、高性能的高频开关电路装置。

本发明为了实现上述目的，基本上采用了下面所述的技术结构。

本发明的高频开关电路装置使多个高频信号通路的至少任一条导通并断开其余的通路，包括：化合物半导体基板；由形成于化合物半导体基板上的金属半导体场效应晶体管构成的、使多个高频信号通路中每一条通断的多个开关元件；对多个开关元件逐个提供多个控制电压的多个控制电压输入端子；由在化合物半导体基板上以金属半导体肖特基接合方式形成的多个二极管构成的、执行从多个控制电压输入端子输入的控制电压的逻辑合成的二极管逻辑电路。在此，将从二极管逻辑电路输出的逻辑合成电压作为其它控制电压提供给多个开关元件。

在上述本发明的高频开关电路装置中，例如多个开关元件的每一个都是由插入在多条高频信号通路的每一条中的串联开关元件与连接在多条高频信号通路的每一条与地面之间的并联开关元件构成的。在这种情况下，二极管逻辑电路将例如组合多个开关元件中的每一个而得到的至少两个不同的控制电压的逻辑和分别作为单独逻辑合成电压加以输出。接着，分别将多个控制电压提供给多个开关元件的各串联元件的栅极，分别将从二极管逻辑电路输出的单独逻辑合成电压作为其它控制电压提供给多个开关元件的各并联元件的栅极。

在上述结构中，提供给多个开关元件中的一个开关元件之并联开关元件栅极的单独逻辑合成电压例如是提供给多个开关元件中其余的开关元件的全部控制电压的逻辑和。

在上述本发明的高频开关电路装置中，多个串联开关元件和并联开关元件的每一个例如都是由多个金属半导体场效应晶体管的串联电路构成的。在这种情况下，二极管逻辑电路将从多个控制电压输入端子输入的全部控制电压的逻辑和作为共用的逻辑合成电压加以输出。接着，对于多个开关元件中的每一个串联开关元件和并联开关元件，将从二极管逻辑电路输出的共用的逻辑和电压作为其它控制电压而提供给多个金属半导体场效应晶体管的相互连接点。

在上述结构中，提供给多个开关元件中的一个开关元件之并联开关元件的栅极的单独逻辑合成电压是提供给多个开关元件中其余开关元件的全部控制电压的逻辑和。

在上述本发明的高频开关电路装置中，多个串联开关元件和并联开关元件例如分别由多个金属半导体场效应晶体管的串联电路构成。在这种情况下，对于所述多个开关元件中的每一个串联开关元件，将从二极管逻辑电路输出的单独逻辑合成电压作为所述其它控制电压提供给多个金属半导体场效应晶体管的相互连接点，另外对于多个开关元件中的每一个并联开关元件，可以将多个控制电压提供给多个金属半导体场效应晶体管的相互连接点。

在上述结构中，提供给多个开关元件中的一个开关元件的并联开关元件的栅极和构成串联开关元件的金属半导体场效应晶体管的相互连接点的所述单独逻辑合成电压是提供给多个开关元件中其余的开关元件的全部控制电压的逻辑和。

在上述本发明的高频开关电路装置中，多个开关元件的每一个都是由插入在多条高频信号通路的每一条中的串联开关元件的构成的，串联开关元件可以由多个金属半导体场效应晶体管的串联电路构成。在这种情况下，二极管逻辑电路将从多个控制电压输入端子输入的全部控制电压的逻辑和作为共用的逻辑合成电压加以输出。接着，将多个控制电压提供给多个开关元件的各串联开关元件的栅极，对于多个开关元件之中的串联开关元件，将从二极管逻辑电路输出的共用逻辑合成电压作为其它控制电压提供给多个金属半导体场效应晶体管的相互连接点。

在本发明的高频开关电路装置中，如上所述，多个开关元件的每一个都是由插入在多条高频信号通路的每一条中的串联开关元件构成的，当串联开关元件是由多个金属半导体场效应晶体管的串联电路构成时，可以采用如下所述的结构。也就是，二极管逻辑电路分别将因多个开关元件的不同而异的控制电压进行组合后的逻辑和作为单独逻辑合成电压加以输出；接着，将多个控制电压提供给多个开关元件的各串联开关元件的栅极，对于多个开关元件中的每一个串联开关元件，将从二极管逻辑电路输出的单独逻辑合成电压作为其它控制电压提供给多个金属半导体场效应晶体管的相互连接点。

在上述结构中，提供给构成多个开关元件之中的一个开关元件的串联开关元件的金属半导体场效应晶体管的相互连接点的单独逻辑合成电压例如是提供给多个开关元件中其余开关元件的全部控制电压的逻辑和。

在上述本发明的高频开关电路装置中，如上所述，多个开关元件的每一个都是由插入在多条高频信号通路的每一条中的串联开关元件构成的，当串联开关元件由多个金属半导体场效应晶体管的串联电路构成时，可以采用如下所述的结构。也就是，多个开关元件之中的一部分开关元件其所述串联开关元件之间部分地共用金属半导体场效应晶体管。另外，二极管逻辑电路将对应于所述多个开关元件之中的一部分开关元件的控制电压的逻辑和作为逻辑和合成电压加以输出。接着，对于多个开关元件之中的一部分开关元件，在非共用部分的金属半导体场效应晶体管的栅极中，分别单独提供对应于多个开关元件之中的一部分开关元件的控制电压。另外，在共用部分的金属半导体场效应晶体管的栅极中提供从二极管逻辑电路输出的逻辑和合成电压。此外，对于多个开关元件之中的其余开关元件，在金属半导体场效应晶体管的栅极上分别单独提供对应于多个开关元件中其余开关元件的控制电压。

在上述结构中，二极管逻辑电路将从多个控制电压输入端子输入的全部控制电压的逻辑和作为共用的逻辑合成电压加以输出。接着，对于多个开关元件中的每一个串联开关元件，将从二极管逻辑电路输出的共用的逻辑合成电压作为其它控制电压提供给多个金属半导体场效应晶体管的相互连接点。

在上述结构中，多条高频信号通路例如由接收高频信号通路和发射高频信号通路构成，在接收高频信号通路中，配置有包含部分地共用所述金属半导体场效应晶体管的串联开关元件的开关元件。

如上所述，本发明的高频开关电路装置利用能够在FET制造工序中同时制造的肖特基接合的方式而制成的二极管，在化合物半导体基板上一体地形成逻辑合成多个控制电压输入端子的电压的、例如选择输出多个控制电压输入端子的电压中较高一方的二极管逻辑电路。由此，能够通过串联开关元件的控制电压输入端子的电压来控制用于确保绝缘性的并联开关元件，从而与现有技术相比能够使控制系统小型化。因此，即使在便携式电话机的多频带化的情况下，也能够减少封装的引脚数目、缩小封装尺寸以及提高操作性，能够对便携式电话机的小型化作出贡献。

此外，由于将二极管逻辑电路连接于构成开关元件的FET的源极和漏极，也就是多个FET的串联电路的中间连接点，因此即使不增加电源端子也能固定电位。其结果是，能够实现具有低插入损耗、高绝缘性、低失真等良好特性的高频开关电路装置。

此外，当利用像收发切换那样进行切换的通路而使处理功率不同时，部分地共用处理小功率的接收侧的场效应晶体管，而且通过二极管逻辑电路控制这种共用的场效应晶体管，还能在不增加控制系统的情况下缩小芯片尺寸，并进一步对便携式电话机的小型化作出贡献。

附图说明

图1是示出本发明第1实施例的高频开关电路装置，例如SP3T开关的电路结构的电路图。

图2是示出包含于图1的高频开关电路装置中的二极管逻辑电路OR1的控制逻辑表的图。

图3A是示出包含于图1的高频开关电路装置中的二极管逻辑电路的一个示例的电路图。

图3B是表示包含于图3A所示的构成二极管逻辑电路的二极管结构之一个示例的平面图。

图4是示出本发明的第2实施例的高频开关电路装置，例如SP3T开关的电路结构的电路图。

图5是示出包含于图4的高频开关电路装置中的二极管逻辑电路OR2的控制逻辑表的图。

图6是示出本发明的第3实施例的高频开关电路装置，例如SP3T开关的电路结构的电路图。

图7是示出本发明的第4实施例的高频开关电路装置，例如SP3T开关的电路结构的电路图。

图8是示出本发明的第4实施例的通信终端装置中的RF信号处理部分的图。

图9是示出将本发明的第1实施例的结构用于高频用SP4T开关电路装置时的电路结构的图。

图10是示出包含于图9的高频开关电路装置中的二极管逻辑电路OR3的控制逻辑表的图。

图11是示出将本发明的第2实施例的结构应用于不带并联FET的高频用SP3T开关电路装置时的电路结构的电路图。

图12是示出将本发明的第3实施例的结构应用于不带并联FET的高频用SP3T开关电路装置时的电路结构的电路图。

图13是示出现有技术的第1高频开关电路装置，例如不带并联FET的SP3F开关的电路结构的电路图。

图14是示出现有技术的第2高频开关电路装置，例如既带有并联FET又带有6个系统的控制信号输入端子的电路结构的电路图。

图15是示出图14的高频开关电路装置的控制逻辑表的图。

图16是示出现有技术的第3高频开关电路装置，例如既带有并联FET又带有3个系统的控制信号输入端子的电路结构的电路图。

具体实施方式

下面，在本实施例中，参照附图进行说明。

(实施例1)

图1是示出关于本发明的实施例1的高频开关电路装置的一个示例的电路图，具体而言，示出了高频用SP3T开关的电路结构。

在图1中，第1高频信号端子RF1至第4高频信号端子RF4，第1场效应晶体管FET1至第6场效应晶体管FET6、控制电压输入端子CTL1～CTL3都与现有技术相同。第1二极管D1至第6二极管D6是构成二极管逻辑电路OR1的二极管，是利用与金属半导体FET的栅极相同的材料以金属半导体肖特基(Schottky)接合的方式制成的二极管。这种二极管能够在FET制造工序中同时加以制造。

第1二极管D1的阳极连接于第3控制电压输入端子CTL3，其阴极连接于第4场效应晶体管FET4的栅极电压端子，同时经电阻R101连接于接地端子GND。第2二极管D2的阳极连接于第2控制电压输入端子CTL2，其阴极连接于第1二极管D1的阴极。

第3二极管D3的阳极连接于第3控制电压输入端子CTL3，其阴极连接于第5场效应晶体管FET5的栅极电压端子，同时经电阻R102连接于接地端子GND。第4二极管D4的阳极连接于第1控制电压输入端子CTL1，其阴极连接于第3二极管D3的阴极。

第5二极管D5的阳极连接于第2控制电压输入端子CTL2，其阴极连接于第6场效应晶体管FET6的栅极电压端子，同时经电阻R103连接于接地端子GND。第6二极管D6的阳极连接于第1控制电压输入端子CTL1，其阴极连接于第5二极管D5的阴极。

接下来，说明它们的动作。例如，当想要使第1高频信号端子RF1和第2高频信号端子RF2的通路为导通状态时，按如下进行动作。在第1控制电压输入端子CTL1上输入H电平电压(例如3V)，在第2控制电压输入端子CTL2和第3控制电压输入端子CTL3上输入L电平电压(例如0V)。由此，第1场效应晶体管FET1变为导通状态，而第2场效应晶体管FET2和第3场效应晶体管FET3变为截止状态。

此时，阳极连接于第3控制电压输入端子CTL3的第1二极管D1的阴极、与阳极连接于第2控制电压输入端子CTL2的第2二极管D2的阴极连接在第4场效应晶体管FET4的栅极电压端子上。由此，第1二极管D1和第2二极管D2的阳极同时变为L电平电压的电位。第1二极管D1和第2二极管D2的阴极经电阻R101连接于L电平电位的接地端子GND。所以，由于第1二极管D1和第2二极管D2的各阴极与阳极的电位差都低于二极管的阈值Vf，因而在第1二极管D1和第2二极管D2中没有电流流过。由此，在第4场效应晶体管FET4的栅极电压端子中，输入提供给第2控制电压输入端子CTL2和第3控制电压输入端子CTL3的两个控制电压的OR电位，即L电平电压。因此，第4场效应晶体管FET4变为截止状态。

另外，阳极连接于第3控制电压输入端子CTL3的第3二极管D3的阴极、与阳极连接于第1控制电压输入端子CTL1的第4二极管D4的阴极连接在第5场效应晶体管FET5的栅极电压端子上。由此，第3二极管D3的阳极变为L电平的电位，而第4二极管D4的阳极变为H电平的电位。第3二极管D3和第4二极管D4的阴极经电阻102连接于L电平电位的接地端子GND。所以，由于第4二极管D4的阴极与阳极的电位差高于二极管的阈值Vf，因而在第4二极管D4中有电流流过。其结果是，在第4二极管D4的阴极上出现从H电平电压减去二极管电压降(0.7V)后的电位。另外，在此时，由于第3二极管D3的阴极与阳极的电位差低于二极管的阈值Vf(反向偏置状态)，因而在第3二极管D3中没有电流流过。由此，在第5场效应晶体管FET5的栅极电压端子上施加提供给第1控制电压输入端子CTL1和第3控制电压输入端子CTL3的两个控制电压的OR电位，即从H电平电压减去二极管的电压降所得到的电位。换言之，比场效应晶体管的夹断电压足够高的栅极偏置电压施加到第5场效应晶体管FET5上。因此，第5场效应晶体管FET5变为导通状态。

同样，阳极连接于第2控制电压输入端子CTL2的第5二极管D5的阴极、与阳极连接于第1控制电压输入端子CTL1的第6二极管D6的阴极连接在第6场效应晶体管FET6的栅极端子上。由此，第5二极管D5的阳极变为L电平的电位，而第6二极管D6的阳极变为H电平的电位。第5二极管D5和第6二极管D6的阴极经电阻R103连接于L电平电位的接地端子GND。所以，由于第6二极管D6的阴极与阳极的电位差高于二极管的阈值Vf，因而在第6二极管D6中有电流流过。其结果是，在第6二极管D6的阴极上出现从H电平电压减去二极管电压降(0.7V)所得到的电位。另外，此时，由于第5二极管D5的阴极与阳极的电位差小于等于二极管的阈值Vf(反向偏置状态)，因而在第5二极管D5中没有电流流过。由此，在第6场效应晶体管FET6的栅极电压端子上施加提供给第1控制电压输入端子CTL1和第2控制电压输入端子CTL2的两个控制电压的OR电位，即从H电平电压减去二极管电压降所得到的电位。换言之，比场效应晶体管的夹断电压足够高的栅极偏置电压施加到第6场效应晶体管FET6上。因此，第6场效应晶体管FET6变为导通状态。

同样，当想要使第1高频信号端子RF1和第3高频信号端子RF3的通路处于导通状态时，以及当想要使第1高频信号端子RF1和第4高频信号端子RF4的通路处于导通状态时，可以向第1控制电压输入端子CTL1、第2控制电压输入端子CTL2和第3控制电压输入端子CTL3施加如图2的控制逻辑表所示的控制电压。此时，二极管逻辑电路OR1按如图2所示的控制逻辑表那样进行动作。

同现有技术的高频开关电路相比，在本实施例1的高频信号开关电路中，存在如下所述的差别。也就是，在图14所示的现有技术的第2种结构中，为了确保绝缘特性，在6个场效应晶体管的控制方面必须有6个系统的控制电压输入端子。另外，在图15所示的现有技术的第3种结构中，为了利用3个系统的控制电压输入端子来保证绝缘性，增加了并联FET的数量。但是，在本实施例1的高频开关电路中，在不增加并联FET数量的情况下就可以利用3个系统的控制电压输入端子来控制6个场效应晶体管。由此，将使封装引脚数量减少、封装尺寸缩小以及操作性得到提高，能够对便携式电话机的小型化作出贡献。

另外，在图3A、3B中示出了当将二极管逻辑电路OR1中的二极管与GaAs基板上的开关元件一体制造时的电路图和图案(pattern)结构的一个示例。在图3A、3B中示出了当使用2个二极管D11、D12构成二极管逻辑电路时的示例。第1输入端子IN1和第2输入端子IN2对应于2个二极管D11、D12的阳极，分别连接于图1的控制电压输入端子上。第1输出端子OUT1对应于这2个二极管D11、D12的共用阴极。换言之，给连接于第1输入端子IN1和第2输入端子IN2的控制电压输入端子上提供的控制电压的OR电压输出到第1输出端子OUT1。

当在FET制造工序中同时制造这2个二极管时，输入来自于该第1输入端子IN1和第2输入端子IN2的信号的2个二极管的阳极是由形成在GaAs基板S1的活性层A1和形成在该活性层上的栅极GT1形成的。另外，2个二极管共用的阴极由源极-漏极用的欧姆电极SD1形成，该源极-漏极用的欧姆电极SD1相对于栅极GT1呈梳型形成在该活性层A1上。

在此时，将GaAs基板上制造的二极管形成用的栅极长度和通过高频信号的场效应晶体管的栅极长度相比，可以小于等于1/10的栅极长度，半导体基板内的占用面积也可以小于等于1/10。另外，在使用3个以上的二极管来形成二极管逻辑电路的情况下，同样也形成与输入端子部分的个数相对应个数的栅极，还可以利用梳型形成源极-漏极共用欧姆电极来制成。另外，源极-漏极共用欧姆电极不必是梳型形成的。

根据本发明的实施例1，二极管可以是通过在FET制造工序中同时利用与形成在如图3A、3B所示的化合物半导体基板上的金属半导体FET的栅极相同的材料制造的肖特基接合的方式而制成的二极管，而且与FET形成相比，它可以利用小于等于1/10的占用面积加以制造。由此，同现有技术相比，可以大幅度地缩小芯片尺寸，并且能够实现制造成本的降低。

(实施例2)

图4是示出关于本发明实施例2的高频开关电路装置的一个示例的图。具体来讲，示出了高频用SP3T开关的电路结构。

在图4中，第1高频信号端子RF1至第4高频信号端子RF4、第1场效应晶体管FET1至第6场效应晶体管FET6、控制电压输入端子CTL1～CTL3都与现有技术相同。第1二极管D1至第6二极管D6与实施例1相同。第1二极管D1至第9二极管D9都是构成二极管逻辑电路OR2的二极管，其为可以利用与金属半导体FET的栅极相同的材料在FET制造工序中同时制造的、通过肖特基接合方式而制成的二极管。

第7二极管D7、第8二极管D8和第9二极管D9的阳极分别连接于第1控制电压输入端子CTL1、第2控制电压输入端子CTL2和第3控制电压输入端子CTL3。上述二极管的阴极经电阻R104连接于接地端子GND。另外，上述二极管的阴极是构成第1场效应晶体管FET1至第6场效应晶体管FET6中各场效应晶体管的多个场效应晶体管的中间连接点，即，经电阻R201或R206连接于源极或漏极。

接下来，对动作进行说明。在图5中示出了本实施例的二极管逻辑电路的控制逻辑表。当第1高频信号端子RF1和第2高频信号端子RF2、第3高频信号端子RF3以及第4高频信号端子RF4各自的通路都处于导通状态时，各场效应晶体管FET1～FET6与实施例1执行的动作相同。

另外，第7二极管D7、第8二极管D8和第9二极管D9的阳极分别连接于控制电压输入端子CTL1、CTL2、CTL3，而它们的阴极经电阻R104均连接于接地端子GND。由此，第7二极管D7、第8二极管D8和第9二极管D9中的任何一个由于其阴极与阳极的电位差大于等于二极管的阈值Vf而有电流流过，并且在阴极上出现从H电平电压减去二极管电压降所得到的电位。

因此，构成第1场效应晶体管FET1至第6场效应晶体管FET6的各场效应晶体管的多个场效应晶体管的中间连接点，即，其源极或漏极就会固定在控制电压端子CTL1、CTL2和CTL3三者的OR电压上，即正确地固定在从H电平电压减去二极管电压降所得到的电压上。

在本实施例2的高频开关电路中，除了与实施例1相同的效果外，将多个场效应晶体管的中间连接点固定在从H电平电压减去二极管电压降所得到的电压上。相对于此，当场效应晶体管为导通状态时，提供H电平电压或从H电平电压减去二极管电压降所得到的电压作为栅极端子电压。由此，就可以在0V以上的正向偏置电压下进行动作。

此外，当场效应晶体管为截止状态时，提供L电平的电压作为栅极端子电压。因此，能够利用(L电平电压)-(从H电平电压减去二极管电压降所得到的电压)的反向偏压来可靠地切断场效应晶体管。也就是说，由于可以可靠地执行导通和截止控制，因而能够对处于截止状态的信号通路的泄漏进行控制，从而能够实现具有高绝缘性和低失真等良好特性的高频开关电路装置。而且，不需要用于固定多个场效应晶体管的中间连接点的电位的特定电源，也不需要用于供电的端子。因此，不会增加用于电位固定的端子数量。

(实施例3)

图6是示出关于本发明的实施例3的高频开关电路装置的一个示例的图。具体来讲，示出了高频用SP3T开关的电路结构。

在图6中，第1高频信号端子RF1至第4高频信号端子RF4、第1场效应晶体管FET1至第6场效应晶体管FET6、控制电压输入端子CTL1～CTL3与现有技术相同。第1二极管D1至第6二极管D6与实施例1的相同，都是构成二极管逻辑电路OR1的二极管。

在关于本实施例3的高频用SP3T开关的电路结构中，第1场效应晶体管FET1的栅极电压端子经电阻R204连接于构成第4场效应晶体管FET4的多个场效应晶体管的中间连接点。同样，第2场效应晶体管FET2的栅极电压端子经电阻R205连接于构成第5场效应晶体管FET5的多个场效应晶体管的中间连接点。另外，第3场效应晶体管FET3的栅极电压端子经电阻R206连接于构成第6场效应晶体管FET6的多个场效应晶体管的中间连接点。

此外，第4场效应晶体管FET4的栅极电压端子经电阻R201连接于构成第1场效应晶体管FET1的多个场效应晶体管的中间连接点。同样，第5场效应晶体管FET5的栅极电压端子经电阻R202连接于构成第2场效应晶体管FET2的多个场效应晶体管的中间连接点。另外，第6场效应晶体管FET6的栅极电压端子经电阻R203连接于构成第3场效应晶体管FET3的多个场效应晶体管的中间连接点。

接下来，对动作进行说明。二极管逻辑电路OR1的各二极管的动作与实施例1相同，按照图2中所示的控制逻辑表进行动作。根据本实施例的电路，常常将串联的场效应晶体管的中间连接点电位固定在并联的场效应晶体管的栅极端子电压上，并常常将并联的场效应晶体管的中间连接点电位固定在串联的场效应晶体管的栅极端子电压上。由此，导通状态的场效应晶体管的源极和漏极固定在L电平电压上，从而以较高的正向偏压可靠地进行动作。另一方面，截止状态的场效应晶体管的源极和漏极固定在H电平电压或者从H电平电压减去二极管电压降所得到的电压上，从而以较高的反向偏压可靠地进行动作。

根据本实施例3的高频开关电路，除了与实施例2相同的效果外，另外还具有能够可靠地执行场效应晶体管的导通和截止控制的效果。换言之，在导通状态下，能够在正向偏压下可靠地进行操作，而在截止状态下，能够可靠地使之成为较高的反向偏压。因此，同实施例2相比，还能够实现具有低插入损耗、高绝缘性和低失真等良好特性的高频开关电路装置。

(实施例4)

图7示出关于本发明的实施例4的高频开关电路装置的一个示例的图。具体来讲，示出了高频用SP3T开关的电路结构。

本实施例4是对处理诸如像相对于天线执行收发切换这样、大小不同的两种以上功率的通信终端装置很有效的电路结构。在该实施例中，通信终端装置将准微带(準マ，ィクロ波带)用作为通信频带。

在图8中示出了采用了该实施例的RF信号处理部分。在该通信终端装置中，具有相对于天线ANT至少分别对第1高频信号、第2高频信号和第3高频信号进行转换的高频开关电路装置。第1高频信号连接于发射部TX的第1发射电路TX1，第2高频信号和第3高频信号连接于接收部RX的第1接收电路RX1和第2接收电路RX2。

当利用构成信号通路的场效应晶体管来处理大功率时，在处于导通状态下的场效应晶体管中容易发生失真。因此，通过串连连接多个场效应晶体管以实现多级化来扩大所处理的功率。根据本实施例，如在图8的通信终端的RF信号处理部分中所示的那样，当在通路间所处理的功率不同且接收侧的通路有多条时，在执行对接收进行处理的通路的导通和截止动作之场效应晶体管的多个级当中，将任何一级的场效应晶体管作为共用FET而连接于天线侧的端子。照此，就可以使具有与现有技术相同的失真特性的天线开关电路小型化。

例如，当将高频用SP3T开关的第1高频信号端子RF1用作为天线连接端子ANT，并且分别将第2高频信号端子RF2用作为第1发射电路侧端子TX1、将第3高频信号端子RF3用作为第1接收电路侧端子RX1、将第4高频信号端子RF4用作为第2接收电路侧端子RX2的情况下，以下对应用本发明的实施例4的电路结构进行说明。

在图7的电路结构中，示出了第1高频信号端子RF1至第4高频信号端子RF4、第1场效应晶体管FET1和第4场效应晶体管FET4、控制电压输入端子CTL1至控制电压输入端子CLT3都与现有技术相同。第1二极管D1至第6二极管D6是构成二极管逻辑电路OR1的二极管，这与实施例1相同。

执行天线连接端子ANT(RF1)与第1接收电路侧端子RX1(RF3)之间的导通和截止切换的串联场效应晶体管，即，实施例1中的4级场效应晶体管FET2是利用2级的场效应晶体管FET21和2级的场效应晶体管FET22来构成的。另外，用于确保绝缘性的并联场效应晶体管，也就是实施例1中的4级的场效应晶体管FET5是利用2级的场效应晶体管FET24构成的。

场效应晶体管FET21的栅极端子电压是利用第2控制电压输入端子CTL2和第3控制电压输入端子CTL3两者的OR电压加以控制的。此外，场效应晶体管FET22的栅极端子电压是利用第2控制电压输入端子CTL2加以控制的。另外，场效应晶体管FET24的栅极端子电压是利用第1控制电压输入端子CTL1和第3控制电压输入端子CTL3两者的OR电压加以控制的。

此外，同样，执行天线连接端子ANT(RF1)与第2接收电路侧端子RX2(RF4)之间的导通和截止切换的串联场效应晶体管，也就是实施例1中的4级的场效应晶体管FET3是利用2级的场效应晶体管FET21和2级的场效应晶体管FET23构成的。场效应晶体管FET21成为接收电路侧通路共用的场效应晶体管。此外，用于确保绝缘性的并联场效应晶体管，也就是实施例1中的4级的场效应晶体管FET6是利用2级的场效应晶体管FET25构成的。

场效应晶体管FET23的栅极端子电压是利用第3控制电压输入端子CTL3加以控制的。此外，场效应晶体管FET25的栅极端子电压是利用第1控制电压输入端子CTL1和第2控制电压输入端子CTL2两者的OR电压加以控制的。

接下来，对动作进行说明。当使天线连接端子ANT(RF1)与第1发射电路侧端子TX1(RF2)的通路为导通状态时，将H电平电压提供给第1控制电压输入端子CTL1，将L电平电压提供给第2控制电压输入端子CTL2和第3控制电压输入端子CTL3。由此，通过经二极管逻辑电路OR1输出的控制信号以及它们的OR电压，场效应晶体管FET1、FET24、FET25变为导通状态，而其它的场效应晶体管FET4、FET21、FET22、FET23变为截止状态。

此时，失真特性由位于对应于导通通路(ANT-TX1间)，在变为截止通路的天线ANT和接地端子GND、第1接收电路侧端子RX1(RF3)以及第2接收电路侧端子RX2(RF4)之间的标记FET4、FET21和FET22、FET21和FET23所示出的截止状态的场效应晶体管来确定的。换言之，当处理大功率的发射状态时，根据本实施例4的电路结构，能够获得与把所有场效应晶体管分为4级时相同的失真特性。

接下来，当使天线连接端子ANT(RF1)与第1接收电路侧端子RX1(RF3)的通路为导通状态时，将H电平电压提供给第2控制电压输入端子CTL2，将L电平电压提供给第1控制电压输入端子CTL1和第3控制电压输入端子CTL3。由此，通过经二极管逻辑电路OR1输出的控制信号以及它们的OR电压，场效应晶体管FET4、FET21、FET22、FET25变为导通状态，而其它的场效应晶体管FET1、FET23、FET24变为截止状态。

此时，失真特性由位于对应于导通通路(ANT-RX1)，在变为截止通路的天线ANT和接地端子GND、第1发射电路侧端子TX1(RF2)以及第2接收电路侧端子RX2(RF4)之间的标记FET24、FET1、FET23所示出的截止状态的场效应晶体管来确定的。截止通路是由2级以上的截止状态的场效应晶体管构成的。

同样，当使天线连接端子ANT(RF1)与第2接收电路侧端子RX2(RF4)的通路为导通状态时，由位于对应于导通通路(ANT-RX2)，在变为截止通路的天线ANT和接地端子GND、第1发射电路侧端子TX1(RF2)以及第2接收电路侧端子RX1(RF3)之间的标记FET25、FET1、FET22所示出的截止状态的场效应晶体管来确定。截止通路是由2级以上的截止状态的场效应晶体管构成的。

换言之，当接收状态时，为了对相对于发射状态而言的小功率进行处理，可以减少场效应晶体管的级数，在本实施例4的电路结构中，利用2级的场效应晶体管就保证了失真特性。

在本实施例4的高频开关电路装置中，在诸如像收发切换那样通路间的处理功率不同时，可以一部分共用像处理接收时那样的小功率的通路的场效应晶体管。因此，同现有技术的高频开关电路装置相比，可以缩小芯片尺寸。另外，在本实施例中，通过使用与实施例1相同的二极管逻辑电路，可以利用控制各条通路的串联FET的3个控制系统来控制所有场效应晶体管。因此，同关于现有技术的第2种结构的高频开关电路以及本实施例1的高频开关电路相比，还可以实现封装尺寸的小型化。因此，能够对便携式电话机的小型化作出贡献。

(其它变形实施例)

另外，尽管可以根据上述实施例对本发明进行了说明，但是当然本发明不限于上述的实施例。在本发明还包含如下所述的情形。

(1)在实施例1、2、3、4中，尽管作为高频开关电路装置的示例列举了1个输出3个输出的SP3T开关，但是对高频开关电路装置的输入端子和输出端子的数量并不限制于此。另外，当然，半导体电路装置构成多输入多输出的高频开关电路装置的情况也包含在本发明中。

在图9中示出了当将实施例1的结构应用于1个输入4个输出的SP4T开关时的电路结构图。此外，在图10中示出了这个二极管逻辑电路的控制逻辑表。在图9中，标记FET10～FET17分别表示场效应晶体管。标记R10～R17分别表示电阻。标记RF5～RF9分别表示高频信号端子。标记C5～C8分别表示电容器。标记OR3表示二极管逻辑电路。标记D10～D21分别表示二极管。标记R105～R108分别表示电阻。标记CTL7～CTL10分别表示控制电压输入端子。

(2)在实施1、2、3、4中，尽管作为将用于确保绝缘性的并联FE1连接于全部通路的形式，但是并联FET的数量并不限于此。也就是说，并联FET未连接于全部通路的情形，仅仅在特定通路上连接了并联FET的情形都包含在本发明中。

在图11中示出了将实施例2的结构应用于未连接于用于确保绝缘性的并联FET的SP3T开关时的电路结构。

在图12中示出了将实施例3的结构应用于未连接于用于确保绝缘性的并联FET的SP3T开关时的电路结构。

(3)在实施例1、2、3、4中，尽管作为设在各条高频信号通路中的开关电路的场效应晶体管是利用4个FET的串联电路而构成的，但是场效应晶体管的结构不限于此。场效应晶体管是利用一个或多个FET构成时，也包含在本发明当中。

(4)在实施例4中，尽管在接收电路侧的场效应晶体管中，将2级共用，但是场效应晶体管的结构不限于此。多个场效应晶体管共用一个或多个FET的情况，也包含在本发明当中。

(5)在实施例4中，在SP3T开关中，尽管每2条接收用通路共用一部分场效应晶体管，但是共用的通路数目并不限于此。在构成SP4T开关或者多输入多输出的高频开关电路的情况下，在3条以上的通路中共用一部分场效应晶体管的情况也包含在本发明中。

(6)把上述实施例以及上述变形实施例分别进行组合并加以实施的情况也包含在本发明当中。

本发明的高频开关电路装置可以作为使用半导体电路构成的装置，特别是，在便携式电话机或便携式无线信息终端中，对进行从超短频带到准微带的高频信号的收发时的信号通路执行切换的高频开关装置使用。

Claims (13)

1.一种高频开关电路装置，使多个高频信号通路的至少任一条导通而切断其余通路，包括：

化合物半导体基板；

由形成于所述化合物半导体基板上的金属半导体场效应晶体管构成、并使所述多条高频信号通路中的每一条通断的多个开关元件；

对所述多个开关元件逐个提供多个控制电压的多个控制电压输入端子；

由在所述化合物半导体基板上以金属半导体肖特基接合方式形成的多个二极管构成的、执行从所述多个控制电压输入端子输入的所述控制电压的逻辑合成的二极管逻辑电路，

其中，将从二极管逻辑电路输出的逻辑合成电压作为其它控制电压提供给所述多个开关元件。

2.如权利要求1所述的高频开关电路装置，其中：

所述多个开关元件的每一个都是由插入在所述多条高频信号通路的每一条中的串联开关元件、和连接在所述多条高频信号通路的每一条与地之间的并联开关元件构成的，

所述二极管逻辑电路将组合所述多个开关元件中的每一个而得到的至少两个不同的控制电压的逻辑和分别作为单独逻辑合成电压加以输出，

分别将所述多个控制电压提供给所述多个开关元件的各串联元件的栅极，分别将从所述二极管逻辑电路输出的所述单独逻辑合成电压作为所述其它控制电压提供给所述多个开关元件的各并联元件的栅极。

3.如权利要求2所述的高频开关电路装置，其中：

提供给所述多个开关元件中一个开关元件的并联开关元件的栅极的所述单独逻辑合成电压是提供给所述多个开关元件中的其余开关元件的全部控制电压的逻辑和。

4.如权利要求2所述的高频开关电路装置，其中：

所述串联开关元件和并联开关元件分别由多个金属半导体场效应晶体管的串联电路构成，

所述二极管逻辑电路将从所述多个控制电压输入端子输入的全部控制电压的逻辑和作为共用的逻辑合成电压加以输出，

对于所述多个开关元件中的每一个串联开关元件和并联开关元件，将从所述二极管逻辑电路输出的所述共用的逻辑和电压作为所述其它控制电压提供给所述多个金属半导体场效应晶体管的相互连接点。

5.如权利要求4所述的高频开关电路装置，其中：

提供给所述多个开关元件中的一个开关元件之并联开关元件的栅极的所述单独逻辑合成电压是提供给所述多个开关元件中的其余开关元件的全部控制电压的逻辑和。

6.如权利要求2所述的高频开关电路装置，其中：

所述串联开关元件和并联开关元件分别由多个金属半导体场效应晶体管的串联电路构成，

对于所述多个开关元件中的每一个串联开关元件，将从所述二极管逻辑电路输出的所述单独逻辑合成电压作为所述其它控制电压提供给所述多个金属半导体场效应晶体管的相互连接点，

对于所述多个开关元件中的每一个并联开关元件，将所述多个控制电压分别提供给所述多个金属半导体场效应晶体管的相互连接点。

7.如权利要求6所述的高频开关电路装置，其中：

提供给所述多个开关元件中一个开关元件的并联开关元件的栅极、和构成串联开关元件的金属半导体场效应晶体管的相互连接点的所述单独逻辑合成电压是提供给所述多个开关元件之中的其余开关元件的全部控制电压的逻辑和。

8.如权利要求1所述的高频开关电路装置，其中：

所述多个开关元件的每一个都是由插入在所述多条高频信号通路的每一条中的串联开关元件构成的，

所述串连开关元件由多个金属半导体场效应晶体管的串联电路构成，

所述二极管逻辑电路将从所述多个控制电压输入端子输入的全部控制电压的逻辑和作为共用的逻辑合成电压加以输出，

将所述多个控制电压提供给所述多个开关元件的各串联开关元件的栅极，对于所述多个开关元件之中的每一个串联开关元件，将从所述二极管逻辑电路输出的所述共用的逻辑合成电压作为所述其它控制电压提供给所述多个金属半导体场效应晶体管的相互连接点。

9.如权利要求1所述的高频开关电路，其中：

所述多个开关元件的每一个都是由插入在所述多条高频信号通路的每一条中的串联开关元件构成的，

所述串联开关元件由多个金属半导体场效应晶体管的串联电路构成，

所述二极管逻辑电路将因所述多个开关元件的不同而异的控制电压进行组合后所得到的逻辑和作为单独逻辑合成电压加以输出，

将所述多个控制电压提供给所述多个开关元件的各串联开关元件的栅极，对于所述多个开关元件中的每一个串联开关元件，将从所述二极管逻辑电路输出的所述单独逻辑合成电压作为所述其它控制电压提供给所述多个金属半导体场效应晶体管的相互连接点。

10.如权利要求6所述的高频开关电路装置，其中：

提供给构成所述多个开关元件中的一个开关元件之串联开关元件的金属半导体场效应晶体管的相互连接点的所述单独逻辑合成电压是提供给所述多个开关元件中其余的开关元件的全部控制电压的逻辑和。

11.如权利要求1所述的高频开关电路装置，其中：

所述多个开关元件的每一个都是由插入在所述多条高频信号通路的每一条中的串联开关元件构成的，

所述串联开关元件由多个金属半导体场效应晶体管的串联电路构成，

所述多个开关元件之中的一部分开关元件的所述串联开关元件之间部分地共用所述金属半导体场效应晶体管，

所述二极管逻辑电路将对应于所述多个开关元件之中的一部分开关元件的控制电压的逻辑和作为逻辑和合成电压加以输出，

对于所述多个开关元件之中的一部分开关元件，在非共用部分的金属半导体场效应晶体管的栅极上分别单独提供对应于所述多个开关元件之中的一部分开关元件的控制电压，在共用部分的金属半导体场效应晶体管的栅极上提供从所述二极管逻辑电路输出的所述逻辑和合成电压，

对于所述多个开关元件之中的其余开关元件，在金属半导体场效应晶体管的栅极上分别单独提供对应于所述多个开关元件之中其余的开关元件的控制电压。

12.如权利要求11所述的高频开关电路装置，其中：

所述二极管逻辑电路将从所述多个控制电压输入端子输入的全部控制电压的逻辑和作为共用的逻辑合成电压加以输出，

对于所述多个开关元件中的每一个串联开关元件，将从所述二极管逻辑电路输出的所述共用的逻辑合成电压作为所述其它控制电压提供给所述多个金属半导体场效应晶体管的相互连接点。

13.如权利要求11所述的高频开关电路装置，其中：

所述多条高频信号通路由接收高频信号通路和发射高频信号通路构成，在所述接收高频信号通路中，配置有包含部分地共用所述金属半导体场效应晶体管的串联开关元件的开关元件。

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