DE102004027361A1 - High-frequency switch for attenuator, has field effect transistor with gate terminal coupled to control terminal provided with positive control voltage which is higher than source terminal voltage and less than transistor pinch-off voltage - Google Patents

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Abstract

The switch has a field effect transistor (2) whose gate terminal is coupled to a control voltage at a control terminal by a series resistor (Rv). Positive and negative control voltages are present at the control terminal when the switch is in switched-on and switched-off condition, respectively. The positive voltage is higher than the voltage at a source terminal and is less than the pinch-off voltage of the transistor.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochfrequenzschalter bestehend aus mindestens einem Feldeffekttransistor mit erweiterter Amplituden- und Schaltdynamik im gesamten Frequenzbereich.The The invention relates to a high frequency switch consisting of at least a field effect transistor with extended amplitude and switching dynamics in the entire frequency range.

In Mikrowellenschaltungen, beispielsweise in Dämpfungsgliedern, werden Hochfrequenzschalter zum Schalten von breitbandigen Signalen mit hoher Amplitudendynamik benötigt. Hierfür werden Feldeffekttransistoren, insbesondere Metall-Halbleiter-Feldeffekt-Transistoren (MESFET), benutzt, die Hochfrequenzsignale in einem Frequenzbereich von einigen wenigen Hertz bis zu mehreren 10 GHz schalten können. Insbesondere kommen selbstleitende n-Kanal-Metall-Halbleiter-Feldeffekt-Transistoren in GaAs-Technologie zum Einsatz.In Microwave circuits, for example in attenuators, are high-frequency switches for Switching of broadband signals with high amplitude dynamics needed. Therefor become field effect transistors, in particular metal-semiconductor field-effect transistors (MESFET), uses the high frequency signals in a frequency range from a few hertz to several 10 GHz. Especially come n-channel self-conducting metal-semiconductor field-effect transistors in GaAs technology is used.

Hochfrequenzschalter, beispielsweise der in der Druckschrift DE 102 35 447 A1 vorgestellte Hochfrequenzschalter, weisen ein Übertragungsverhalten im Frequenzbereich auf, das in 1 veranschaulicht ist. Hierbei ist festzustellen, dass die unverzerrt übertragene Leistung bei einem derartigen Hochfrequenztransistor im Frequenzbereich kleiner 50 MHz typischerweise einen Abfall Δ in der Übertragungsleistung in der Größenordnung von ca. 10 dB gegenüber der Übertragungsleistung im Frequenzbereich größer 500 MHz aufweist. Dieser Abfall Δ in der Übertragungsleistung im unteren Frequenzbereich ist auf auftretende nichtlineare Verzerrungen innerhalb des Hochfrequenzschalters zurückzuführen. Diese treten auf, wenn bei einem Spannungswert von ca. 0 Volt am Gate-Anschluß im selbstleitenden Zustand des Feldeffekttransistors der Spannungswert am Source-Anschluß höher als die Abschnürspannung (pinch-off-Spannung) ist (3).High-frequency switch, for example, in the publication DE 102 35 447 A1 presented high-frequency switch, have a transmission behavior in the frequency domain, the in 1 is illustrated. It should be noted that the undistorted transmitted power in such a high-frequency transistor in the frequency range less than 50 MHz typically has a drop Δ in the transmission power in the order of about 10 dB compared to the transmission power in the frequency range greater than 500 MHz. This drop Δ in the transmission power in the lower frequency range is due to occurring nonlinear distortions within the high frequency switch. These occur when at a voltage value of about 0 volts at the gate terminal in the normally-off state of the field effect transistor, the voltage value at the source terminal is higher than the pinch-off voltage (pinch-off voltage) ( 3 ).

Eine Minimierung derartiger nichtlinearer Verzerrungen in einem als Hochfrequenzschalter arbeitenden Feldeffekttransistors ist in der Druckschrift US 5,107,152 vorgestellt. Hierzu wird der Gate- Anschluss des Feldeffekttransistor über einen Vorwiderstand und eine Freilaufdiode anstelle eines Spannungswertes von ca. 0 Volt mit einem positiven Spannungswert angesteuert. Liegt dieser positiven Spannungswert höher als der Maximalwert der Spannung am Source-Anschluss abzüglich der Abschnürspannung des Feldeffekttransistors, so bleibt der Feldeffekttransistor während der gesamten Periode der am Source-Anschluss anliegenden Wechselspannung leitend. Die Spannung am Drain-Anschluss des Feldeffekttransistors folgt also exakt dem Spannungsverlauf am Source-Anschluss. Zu einem "Abkappen" des Spannungsverlaufs am Drain-Anschluss infolge eines gesperrten Feldeffekttransistors, wenn im Falle des Hochfrequenzschalters in der Druckschrift DE 102 35 447 A1 der Spannungswert am Source-Anschluss höher als die pinch-off-Spannung des Feldeffektetransistor ist, liegt also nicht vor. Somit kommt es zu keinen nichtlinearen Verzerrungen und damit zu einem Leistungsabfall am Drain-Anschluss gegenüber dem Source-Anschluss.A minimization of such nonlinear distortions in a high-frequency switch field effect transistor is in the document US 5,107,152 presented. For this purpose, the gate terminal of the field effect transistor is driven via a series resistor and a freewheeling diode instead of a voltage value of about 0 volts with a positive voltage value. If this positive voltage value is higher than the maximum value of the voltage at the source terminal minus the pinch-off voltage of the field effect transistor, the field effect transistor remains conductive during the entire period of the alternating voltage applied to the source terminal. The voltage at the drain terminal of the field effect transistor thus follows exactly the voltage profile at the source terminal. At a "clipping" of the voltage at the drain terminal due to a locked field effect transistor, when in the case of the high-frequency switch in the document DE 102 35 447 A1 the voltage value at the source terminal is higher than the pinch-off voltage of the field effect transistor, so it is not available. Thus, there is no non-linear distortion and thus a power drop at the drain terminal opposite the source terminal.

Die Freilaufdiode des Hochfrequenzschalters in der Druckschrift US 5,107,152 , deren Aufgabe darin besteht, einen unerwünschten Gate-Strom bei Ansteuerung mit einer positiven Spannung am Ansteuer-Eingang des Hochfrequenzschalters zu vermeiden, weist aber nachteilig einen Sperrschicht-Widerstand auf. Dieser führt in Serie geschaltet zum Vorwiderstand in Kombination mit den parasitären Kapazitäten zwischen dem Gate- und dem Source-Anschluss bzw. zwischen dem Gate- und dem Drain-Anschluss zu einer höheren Zeitkonstante des Hochfrequenzschalters, was sich in einem langsameren Einschaltvorgang des Hochfrequenzschalters bemerkbar macht.The freewheeling diode of the high-frequency switch in the document US 5,107,152 , whose task is to avoid an unwanted gate current when driven with a positive voltage at the drive input of the high-frequency switch, but disadvantageously has a junction resistance. This leads in series with the series resistor in combination with the parasitic capacitances between the gate and the source terminal or between the gate and the drain terminal to a higher time constant of the high-frequency switch, which is reflected in a slower turn-on of the high-frequency switch ,

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Hochfrequenzschalter zu schaffen, der neben einer hervor ragenden verzerrungsfreien Amplitudendynamik auch ein gutes Schaltverhalten über den gesamten Betriebsfrequenzbereich aufweist.Of the Invention is therefore based on the object, a high-frequency switch to create, in addition to an outstanding distortion-free amplitude dynamics also a good switching behavior over the has entire operating frequency range.

Die Aufgabe wird durch einen Hochfrequenzschalter nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.The The object is achieved by a high frequency switch according to claim 1. advantageous Embodiments of the invention are specified in the dependent claims.

Um eine verzerrungsfreie Amplitudendynamik des Hochfrequenzschalters über den gesamten Betriebfrequenzbereich von einigen wenigen Hertz bis zur einigen 10 GHz zu verwirklichen, wird der Gate-Anschluß analog wie in der US 5,107,152 vorzugsweise mit einer positiven Spannung angesteuert. Ist diese positive Gate-Spannung höher als der maximal auftretende Spannungswert am Drain-Anschluß abzüglich der Abschnürspannung des Feldeffekttransistors, so befindet sich der Feldeffekttransistor ständig im leitenden Zustand. Die Spannung am Drain-Anschluß folgt verzerrungsfrei dem Spannungsverlauf am Source-Anschluß. Ein Leistungsabfall am Drain-Anschluß gegenüber dem Source-Anschluß liegt folglich nicht vor. Dies ist insbesondere bei niederfrequenten Spannungen am Source-Anschluß von Relevanz, da hierbei im Gegensatz zu höherfrequenten Signalen die Zeitkonstante bestehend aus den parasitären Kapazitäten zwischen dem Gate-Anschluß und dem Source- bzw. Drain-Anschluß und dem Vorwiderstand vergleichsweise gering ist, um damit eine mögliche Spannungsdifferenz zwischen dem Source- und dem Gate-Anschluß kleiner als die pinch-off-Spannung des Feldeffekttransistors zu halten.In order to realize a distortion-free amplitude dynamics of the high-frequency switch over the entire operating frequency range of a few hertz to a few 10 GHz, the gate terminal is analogous as in US 5,107,152 preferably driven with a positive voltage. If this positive gate voltage is higher than the maximum occurring voltage value at the drain terminal minus the pinch-off voltage of the field effect transistor, then the field effect transistor is constantly in the conducting state. The voltage at the drain follows without distortion the voltage curve at the source terminal. A power drop at the drain terminal to the source terminal is therefore not available. This is of particular relevance in the case of low-frequency voltages at the source terminal, since, in contrast to higher-frequency signals, the time constant consisting of the parasitic capacitances between the gate terminal and the source or drain terminal and the series resistor is comparatively low in order to do so to keep a possible voltage difference between the source and the gate terminal smaller than the pinch-off voltage of the field effect transistor.

Um den Feldeffekttransistor bei positiven Steuerspannungen am Gate-Anschluss vor Zerstörung zu schützen, muß der Gate-Strom durch den Gate-Vorwiderstand begrenzt werden.Around the field effect transistor with positive control voltages at the gate terminal from destruction to protect, must the Gate current can be limited by the gate resistor.

Der Nachteil eines vorhandenen Gate-Stromflusses auf Grund fehlender in Sperrrichtung gepolter Freilaufdiode zwischen dem Ansteuer-Anschluß des Hochfrequenzschalters und dem Gate-Anschluß des Feldeffekttransistors, der zu einem unerwünschten Gleichspannungsoffset am Abschlusswiderstand des Drain-Anschlusses führt, wird in einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochfrequenzschalters durch eine Gleichspannungsentkopplung zwischen Drain-Anschluß und Abschlusswiderstand verhindert. Eine analoge Wirkung wird durch einen eingeprägten Kompensationsstrom erzielt, der bei gleichem Betrag zum Gate-Strom in negativer Richtung zum Gate-Strom in einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochfrequenzschalters eingeprägt wird. Schließlich wird ein unerwünschter Gleichspannungsoffset am Abschlusswiderstand vermieden, indem der störende Gate-Strom nicht zum Drain-, sondern über den Source-Anschluss des Feldeffekttransistors zu einer negativ gepolten Kompensationsquellenstrom umgeleitet wird, welche das Potential am Source-Anschluß "künstlich reduziert".Of the Disadvantage of existing gate current flow due to missing reverse-biased freewheeling diode between the drive terminal of the high-frequency switch and the gate terminal of the Field effect transistor, which leads to an undesirable DC offset leads to the terminating resistor of the drain terminal is in a second embodiment the high-frequency switch according to the invention by a DC decoupling between drain and termination prevented. An analogous effect is achieved by an impressed compensation current achieved, the same amount to the gate current in the negative direction to the gate current in a third embodiment of the high-frequency switch according to the invention imprinted becomes. After all becomes an undesirable DC offset at the terminator avoided by the disturbing Gate current not to the drain, but via the source terminal of the Field effect transistor to a negative-polarity compensation source current is redirected, which "artificially reduced" the potential at the source terminal.

Vier bevorzugte Ausführungsformen des Hochfrequenzschalters mit erweiterter Amplituden- und Schaltdynamik im gesamten Frequenzbereich werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:Four preferred embodiments of the high-frequency switch with extended amplitude and switching dynamics throughout the frequency range are referred to below closer to the drawing explained. In the drawing show:

1 einen Frequenzverlauf der Ausgangsleistung eines Hochfrequenzschalters nach dem Stand der Technik, 1 a frequency characteristic of the output power of a high-frequency switch according to the prior art,

2 eine Schaltungsanordnung der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochfrequenzschalters, 2 a circuit arrangement of the first embodiment of the high-frequency switch according to the invention,

3 einen Zeitverlauf der Source- und Drain-Spannung eines erfindungsgemäßen Hochfrequenzschalters, 3 a time course of the source and drain voltage of a high-frequency switch according to the invention,

4 eine Darstellung des Frequenzspektrums der Drain-Spannung des erfindungsgemäßen Hochfrequenzschalters und des Hochfrequenzschalters nach dem Stand der Technik, 4 a representation of the frequency spectrum of the drain voltage of the high-frequency switch according to the invention and the high-frequency switch according to the prior art,

5A, 5B einen Zeitverlauf des Einschaltvorgangs des erfindungsgemäßen Hochfrequenzschalters und des Hochfrequenzschalters nach dem Stand der Technik im nieder- und hochfrequenten Betriebsfall und 5A . 5B a time course of the switch-on of the high-frequency switch according to the invention and the high-frequency switch according to the prior art in the low and high frequency operating condition and

6A, 6B, 6C eine Schaltungsanordnung der zweiten, dritten und vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochfrequenzschalters. 6A . 6B . 6C a circuit arrangement of the second, third and fourth embodiment of the high-frequency switch according to the invention.

Die erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochfrequenzschalter 1 in 2 weist einen ersten Anschluss In, einem zweiten Anschluss Out und eine Steuer-Anschluß Con auf. Der erste Anschluss In des Hochfrequenzschalters 1 ist mit dem Source-Anschluss S des Feldeffekttransistors 2 verbunden. Der zweite Anschluss Out ist mit dem Drain-Anschluss D des Feldeffekttransistors 2 verbunden. Schließlich ist der Steueranschluß Con des Frequenzschalters über den Vorwiderstand RV mit dem Gate-Anschluss G verbunden. Zwischen dem Source-Anschluss S unter dem Drain-Anschluss D ist der Source-Drain-Kanal des Feldeffekttransistor 2 über die Inpedanz Z modelliert. Zwischen dem Gate-Anschluss G und dem Source-Anschluss S befindet sich die parasitäre Kapazität C1 und parasitäre Diode D1, während zwischen dem Gate-Anschluss G und dem Drain-Anschluss D sich die parasitären Kapazität C2 und parasitäre Diode D2 befindet.The first embodiment of the high-frequency switch according to the invention 1 in 2 has a first terminal In, a second terminal Out, and a control terminal Con. The first connection In the high-frequency switch 1 is connected to the source terminal S of the field effect transistor 2 connected. The second terminal Out is connected to the drain terminal D of the field effect transistor 2 connected. Finally, the control terminal Con of the frequency switch is connected via the series resistor R V to the gate terminal G. Between the source terminal S under the drain terminal D is the source-drain channel of the field effect transistor 2 modeled via the impedance Z. Between the gate terminal G and the source terminal S is the parasitic capacitance C1 and parasitic diode D1, while between the gate terminal G and the drain terminal D is the parasitic capacitance C2 and parasitic diode D2.

Der erste Anschluss In des Hochfrequenzschalters 1 wird über den Abschlusswiderstand ZS von der Wechselspannungsquelle VS gespeist. Der zweite Anschluss Out des Hochfrequenzschalters 1 wird über den Abschlusswiderstand ZL gegen Masse abgeschlossen. Der Steueranschluss Con wird über den Schalter 3 im eingeschalteten Zustand ON des Feldeffekttransistors 2 bzw. des Hochfrequenzschalters 1 mit der positiven Steuerspannung VC verbunden. Im ausgeschalteten Zustand OFF des Feldeffekttransistors 2 bzw. des Hochfrequenzschalters 1 ist der Steueranschluss Con über den Schalter 3 mit der negativen Steuerspannung VC verbunden.The first connection In the high-frequency switch 1 is fed via the termination resistor Z S of the AC voltage source V S. The second connection Out of the high-frequency switch 1 is terminated via the termination resistor Z L to ground. The control connection Con is via the switch 3 in the ON state of the field effect transistor 2 or the high-frequency switch 1 connected to the positive control voltage V C. In the off state OFF of the field effect transistor 2 or the high-frequency switch 1 is the control terminal Con via the switch 3 connected to the negative control voltage V C.

Das Übertragungsverhalten des Feldeffekttransistor 1 ist durch die Übertragungskennlinie gemäß Gleichung (1) beschrieben: ID = IDS·(1 – UGS/UP)2 (1) The transmission behavior of the field effect transistor 1 is described by the transfer characteristic according to equation (1): I D = I DS · (1 - U GS / U P ) 2 (1)

Für einen selbstleitenden n-Kanal Metal-Halbleiter-Feldeffekttransistor ist die pinch-off-Spannung UP gem. Gleichung (2) negativ: UP = –VP (2) For a normally-on n-channel metal-semiconductor field-effect transistor, the pinch-off voltage U P acc. Equation (2) negative: U P = -V P (2)

Aus Gleichung (1) und (2) folgt, dass im Source-Drain-Kanal zwischen dem Source-Anschluss S und dem Drain-Anschluss D ein Drain-Strom ID > 0 fließt, sobald die Gate-Source-Spannung zwischen dem Gate-Anschluss G und dem Source-Anschluss S gemäß Gleichung (3) größer als die negative Abschnürspannung (pinch-off-Spannung) VP ist: UGS > –VP (3) It follows from Equations (1) and (2) that in the source-drain channel between the source terminal S and the drain terminal D, a drain current I D > 0 flows as soon as the gate-source voltage between the gate Terminal G and the source terminal S according to equation (3) greater than the negative pinch-off voltage V P is: U GS > -V P (3)

Liegt bei einer pinch-off-Spannung VP am Source-Anschluss S gemäß 3 eine sinusförmige Wechselspannung US an und ist die Spannung UG am Gate-Anschluss G beim Hochfrequenzschalter nach dem Stand der Technik näherungsweise Null, so sperrt der Feldeffekttransistor 2, sobald der Wert der Source-Spannung US höher als die pinch-off-Spannung VP ist. Die Spannung am Drain-Anschlus D folgt im Gegensatz zum leitenden Zustand des Hochfrequenzschalters nach dem Stand der Technik nicht mehr dem Spannungsverlauf am Source-Anschluss S, sondern behält den Spannungswert bei, den er zum Zeitpunkt des Übergangs des Frequenzschalters vom leitenden in den gesperrten Zustand aktuell führte, nämlich den Wert der pinch-off-Spannung VP. Der Spannungsverlauf am Drain-Anschluss D des Hochfrequenzschalters nach dem Stand der Technik entspricht dabei dem Spannungsverlauf UDI in 3. Dieser nichtlinear verzerrte Spannungsverlauf UDI, der eine "abgekappte Amplitude" aufweist, ist durch mehrere harmonische Signalanteile höherer Ordnung gekennzeichnet.Is at a pinch-off voltage V P at the source terminal S according to 3 a sinusoidal AC voltage U S and is the voltage U G at the gate terminal G at the high-frequency switch according to the prior art, approximately zero, so locks the field effect transistor 2 as soon as the value of the source voltage U S is higher than the pinch-off voltage V P. The voltage at the drain D, unlike the conductive state of the prior art RF switch, no longer follows the voltage waveform at the source S, but retains the voltage at the time of transition of the frequency switch from the conductive to the locked state currently led, namely the value of the pinch-off voltage V P. The voltage profile at the drain terminal D of the high frequency switch according to the prior art corresponds to the voltage curve U DI in 3 , This non-linearly distorted voltage profile U DI , which has a "capped amplitude", is characterized by a plurality of higher-order harmonic signal components.

Liegt dagegen am Gate-Anschluss G des erfindungsgemäßen Feldeffekttransistors 2 über den Vorwiderstand RV und bei einer Verbindung des Schalters 3 mit der positiven Steuerspannungsquelle VC eine positive Spannung an, deren Spannungswert höher als die Spannung US am Source-Anschluss S abzüglich der pinch-off-Spannung VP, so ist die Bedingung in Gleichung (1) zu jedem Zeitpunkt erfüllt und damit der Feldeffekttransistor 2 und damit auch der Hochfrequenzschalter 1 ständig im leitenden Zustand. Die Spannung am Drain-Anschluss D folgt damit exakt dem Spannungdsverlauf US am Source-Anschluss S und ist in 3 durch die Größe UDII gekennzeichnet.In contrast, lies at the gate terminal G of the field effect transistor according to the invention 2 via the series resistor R V and a connection of the switch 3 with the positive control voltage source V C to a positive voltage whose voltage value is higher than the voltage U S at the source terminal S minus the pinch-off voltage V P , then the condition in equation (1) is met at any time, and thus the field effect transistor 2 and thus also the high-frequency switch 1 constantly in the leading state. The voltage at the drain terminal D thus follows exactly the Spannungsdsverlauf U S at the source terminal S and is in 3 characterized by the size U DII .

Wird der erfindungsgemäße Feldeffekttransistor 2 und damit der erfindungsgemäßen Hochfrequenzschalter 1 gesperrt, so liegt am Gate-Anschluss G über den Vorwiderstand RV und bei einer Verbindung des Schalters 3 mit der negativen Steuerspannungsquelle VC eine negative Spannung an. In diesem Betriebsfall ist die Bedingung von Gleichung (1) für alle Spannungswerte US am Source-Anschluss S nicht mehr erfüllt und der erfindungsgemäße Feldeffekttransistor 2 bzw. der erfindungsgemäße Hochfrequenzschalter 1 befindet sich im gesperrten Zustand. Um den Feldeffekttransistor 2 vor Zerstörung infolge eines Gate-Überstromes zu schützen, ist der Strom am Gate-Anschluss im leitenden Zustand des Feldeffekttransistor 2 deutlich unter der Belastbarkeit des Gate-Übergangs des Feldeffekttransistors 2 auszulegen.Will the field effect transistor according to the invention 2 and thus the high-frequency switch according to the invention 1 locked, so is the gate terminal G via the resistor R V and a connection of the switch 3 with the negative control voltage source V C to a negative voltage. In this operating case, the condition of equation (1) for all voltage values U S at the source terminal S is no longer satisfied and the field effect transistor according to the invention 2 or the high-frequency switch according to the invention 1 is in the locked state. To the field effect transistor 2 To protect against destruction due to a gate overcurrent, the current at the gate terminal is in the conductive state of the field effect transistor 2 significantly below the load capacity of the gate junction of the field effect transistor 2 interpreted.

Ein Vergleich der einzelnen Spektralanteile des erfindungsgemäßen Hochfrequenzschalters und des Hochfrequenzschalters nach dem Stand der Technik, die das Ausmaß der Absenkung der nichtlinearen Verzerrung kennzeichnen, ist in 4 dargestellt. Während die höherharmonischen Spektralanteile des Hochfrequenzschalters 1' nach dem Stand der Technik noch vergleichsweise stark ausgeprägt sind, sind diese in den ersten Höherharmonischen beim erfindungsgemäßen Hochfrequenzschalter 1 schon deutlich niedriger ausgeprägt und verschwinden nach der vierten Höherharmonischen vollkommen aus dem Frequenzspektrum.A comparison of the individual spectral components of the high-frequency switch according to the invention and of the high-frequency switch according to the prior art, which characterize the extent of the reduction of the nonlinear distortion, is shown in FIG 4 shown. While the higher harmonic spectral components of the high-frequency switch 1' According to the prior art are still relatively pronounced, they are in the first higher harmonics in the high-frequency switch according to the invention 1 already significantly lower and disappear completely after the fourth Höherharmonischen from the frequency spectrum.

Das Zeitverhalten des erfindungsgemäßen Hochfrequenzschalters 1 beim Einschaltvorgang für unterschiedliche Werte der Gate-Spannung UG ist jeweils für den höherfrequenten Betriebsfall der Source-Spannung US – fUS = 1 GHz – in 5A und für den niederfrequenten Betriebsfall der Source-Spannung US – fUS = 0,1 MHz – in 5B dargestellt. In beiden Betriebsfällen ist festzustellen, daß der Einschaltvorgang mit zunehmender positiver Gate-Spannung schneller verläuft.The timing of the high-frequency switch according to the invention 1 When switching on for different values of the gate voltage U G is in each case for the higher-frequency operating case of the source voltage U S - f US = 1 GHz - in 5A and for the low-frequency operating case of the source voltage U S - f US = 0.1 MHz - in 5B shown. In both operating cases, it should be noted that the switch-on process is faster with increasing positive gate voltage.

Dies kann damit erklärt werden, dass der nicht exakt lineare Zusammenhang VI zwischen dem Gate- und dem Drain-Strom zu einer Arbeitskennlinie am Gate-Anschluß G des Feldeffekttransistors 1 mit einer nichtlinearen Komponente f(R/VI) gemäß Gleichung (4) führt: UGS = UG – f (R/VI)·ID (4) This can be explained by the fact that the not exactly linear relationship V I between the gate and the drain current to a working characteristic at the gate terminal G of the field effect transistor 1 with a nonlinear component f (R / V I ) according to equation (4): U GS = U G - f (R / V I ) · I D (4)

Gate-Spannungen UG mit unterschiedlichen Spannungswerten führen folglich zu unterschiedlich gelegenen Arbeitskennlinien. Bei unterschiedlichen Gate-Spannungen UG ergibt sich der Arbeitspunkt des Feldeffekttransistor 1 als Schnittpunkt der Übertragungskennlinie nach Gleichung (1) und der Arbeitskennlinie nach Gleichung (4). Mit zunehmender Gate-Spannungen UG verschiebt sich der Arbeitspunkt zu höheren Werten der Gates-Source-Spannung UGS und des Drain-Stroms ID und damit zu einer höheren Steigung f(R/VI) der Arbeitskennlinie gemäß Gleichung (4). Eine höhere Steigerung ∂ID/∂UGS = 1/f(R/VI) bewirkt einen niedrigeren effektiven Widerstand Reff gemäß Gleichung (5): Reff = ∂ID/∂UGS = 1/f(R/VI) (5) Gate voltages U G with different voltage values thus lead to differently located working characteristics. At different gate voltages U G results in the operating point of the field effect transistor 1 as the intersection of the transfer characteristic according to equation (1) and the operating characteristic according to equation (4). With increasing gate voltages U G , the operating point shifts to higher values of the gate-source voltage U GS and the drain current I D and thus to a higher slope f (R / V I ) of the operating characteristic according to equation (4). A higher increase ∂I D / ∂U GS = 1 / f (R / V I ) causes a lower effective resistance R eff according to equation (5): R eff = ∂I D / ∂U GS = 1 / f (R / V I ) (5)

Somit ergibt sich mit zunehmender Gate-Spannung UG in Kombination mit der parasitären Kapazität CPAR eine niedrigere Zeitkonstante τ gemäß Gleichung (6) und damit ein schnellerer Einschaltvorgang des Feldeffekttransistor 2 als weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Hochfrequenzschalters 1: τ = Reff·CPAR (6) Thus, with increasing gate voltage U G in combination with the parasitic capacitance C PAR a lower time constant τ according to equation (6) and thus a faster turn-on of the field effect transistor 2 as a further advantage of the high-frequency switch according to the invention 1 : τ = R eff · C PAR (6)

Der störende Einfluß des Gate-Stroms des erfindungsgemäßen Hochfrequenzschalters 1 aufgrund fehlender Freilauf-Diode am Steueranschluß Con im Hinblick auf einen unerwünschten Gleichspannung-Offset an den Abschlußwiderständen kann durch eine zweite, dritte oder vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Frequenzschalters 1 beseitigt werden.The disturbing influence of the gate current of High-frequency switch according to the invention 1 due to lack of free-wheeling diode at the control terminal Con with regard to an undesirable DC offset to the terminating resistors can by a second, third or fourth embodiment of the frequency switch according to the invention 1 be eliminated.

Gleiche Merkmale in der zweiten, dritten, oder vierten Ausführungsform zur ersten Ausführungsform erhalten das gleiche Bezugszeichen und werden im folgenden nicht mehr im Detail erläutert.Same Features in the second, third or fourth embodiment to the first embodiment get the same reference number and will not be in the following explained in more detail.

In der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochfrequenzschalters 1 in 6A wird der störende Einfluß des Gate-Stroms durch eine Gleichspannung-Entkopplung verhindert. Hierzu wird zwischen den zweiten Anschluß Out des erfindungsgemäßen Feldeffekttransistors 2 und dem Abschlußwiderstand ZL ein Koppelungskondensator C3 geschaltet, der für den Drain-Wechselstrom ID durchlässig ist und den Gate-Gleichstrom IG sperrt. Auf diese Weise wird ein störender Gate-Stromfluß über den Abschlußwiderstand ZL verhindert.In the second embodiment of the high-frequency switch according to the invention 1 in 6A the disturbing influence of the gate current is prevented by a DC decoupling. For this purpose, between the second terminal Out of the field effect transistor according to the invention 2 and the termination resistor Z L, a coupling capacitor C 3 is connected, which is permeable to the drain alternating current I D and the gate DC current I G blocks. In this way, a disturbing gate current flow via the terminating resistor Z L is prevented.

In der dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochfrequenzschalters 1 in 6B fließt ein Gate-Strom, der am Abschlußwiderstand ZL einen störenden Gleichspannung-Offset verursacht. Dieser Gate-Strom IG wird aber durch einen Kompensationsstrom IKomp, der betragsmäßig gleichgroß wie der Gate-Strom IG ist, kompensiert, so daß am Abschlußwiderstand ZL kein Gleichspannung-Offset entsteht. Hierzu wird am Abschlußwiderstand ZL eine in Serie zu einem Vorwiderstand RKomp negativ geschaltete Kompensationsspannungsquelle VKomp angeordnet. Mit der richtigen Dimensionierung der Kompensationsspannungsquelle VKomp und des zugehörigen Vorwiderstandes RKomp kann ein Kompensationsstrom IKomp eingeprägt werden, der den gleichen Betrag wie der Gate-Strom IG aufweist, aber in umgekehrter Richtung zum Gate-Strom IG fließt.In the third embodiment of the high-frequency switch according to the invention 1 in 6B a gate current flows, which causes a disturbing DC voltage offset at the terminating resistor Z L. However, this gate current I G is compensated by a compensation current I Komp which is equal in magnitude to the gate current I G , so that no DC offset is produced at the terminating resistor Z L. For this purpose, a compensation voltage source V Komp connected in series with a series resistor R Komp is arranged on the terminating resistor Z L. With proper dimensioning of the compensation voltage source V comp and the associated series resistor R Comp a compensation current I Comp be embossed, which has the same amount as the gate current I G, but flows in the reverse direction to the gate current I G.

Analog zur dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochfrequenzschalters 1 in 6B wird in der vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochfrequenzschalters 1 in 6C das Potential am ersten Anschluß In des erfindungsgemäßen Feldeffekttransistor 2 durch Parallelschaltung einer Serienschaltung aus einer negativen Kompensationsspannungsquelle VKomp und einem Vorwiderstand RKomp zur Serienschaltung aus der Wechselspannung VS und dem Abschlusswiderstand ZS um einen bestimmten Betrag reduziert. Diese Reduzierung des Potentials am ersten Anschluß In des erfindungsgemäßen Feldeffekttransistors 2 diente dazu, den unerwünschten Gate-Strom nicht über die parasitäre Diode D2, den Drain-Anschluß D und den Abschlußwiderstand ZL zur Bildung eines störenden Gleichspannung-Offsets abfließen zu lassen, sondern über die parasitäre Diode D1, den Source-Anschluß S und den Vorwiderstand RKomp zur negativen Kompensationsspannungsquelle VKomp.Analogous to the third embodiment of the high-frequency switch according to the invention 1 in 6B becomes in the fourth embodiment of the high-frequency switch according to the invention 1 in 6C the potential at the first terminal In the field effect transistor according to the invention 2 reduced by parallel connection of a series circuit of a negative compensation voltage source V Komp and a series resistor R Komp to the series circuit of the AC voltage V S and the terminating resistor Z S by a certain amount. This reduction of the potential at the first terminal In the field effect transistor according to the invention 2 served to drain the unwanted gate current not via the parasitic diode D 2 , the drain terminal D and the termination resistor Z L to form a disturbing DC voltage offset, but via the parasitic diode D 1 , the source terminal S. and the series resistor R Komp to the negative compensation voltage source V comp .

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Insbesondere sind auch andere Kompensationsschaltungen als in 6A, 6B und 6C dargestellt denkbar und von der Erfindung abgedeckt.The invention is not limited to the illustrated embodiments. In particular, other compensation circuits than in 6A . 6B and 6C shown conceivable and covered by the invention.

Claims (7)

Hochfrequenzschalter (1) besehend aus einem Feldeffekttransistor (2) mit einem Source-Anschluss (S), der mit einem ersten Anschluss (In) des Hochfrequenzschalters (1) verbunden ist, einem Drain-Anschluss (D), der mit einem zweiten Anschluss (Out) verbunden ist, und einem Gate-Anschluss (G), der mit einem Steueranschluss (Con) verbunden ist, an dem im eingeschalteten Zustand (On) des Hochfrequenzschalters (1) eine erste Steuerspannung (VC) und im ausgeschalteten Zustand (OFF) des Hochfrequenzschalters (1) eine zweite Steuerspannung (VC) anliegt, wobei die zweite Steuerspannung eine gegenüber der ersten Steuerspannung invertierte Polarität hat, dadurch gekennzeichnet, dass der Gate-Anschluss (G) einzig über einen Vorwiderstand (RV) mit der Steuerspannung (VC) am Steueranschluß (Con) verbunden ist.High frequency switch ( 1 ) comprising a field effect transistor ( 2 ) with a source terminal (S) connected to a first terminal (In) of the high-frequency switch ( 1 ), a drain terminal (D) connected to a second terminal (Out) and a gate terminal (G) connected to a control terminal (Con) to which, in the on state (On) of the high-frequency switch ( 1 ) a first control voltage (V C ) and in the OFF state (OFF) of the high frequency switch ( 1 ), a second control voltage (V C ) is applied, wherein the second control voltage has a relation to the first control voltage inverted polarity, characterized in that the gate terminal (G) solely via a series resistor (R V ) with the control voltage (V C ) on Control terminal (Con) is connected. Hochfrequenzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Steuerspannung eine positive und die zweite Steuerspannung eine negative Polarität hat.High-frequency switch according to Claim 1, characterized that the first control voltage is a positive and the second control voltage a negative polarity Has. Hochfrequenzschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im eingeschalteten Zustand (ON) des Hochfrequenzschalters (1) die erste, positive Steuerspannung (VC) einen Spannungswert aufweist, der größer als der Spannungswert der am ersten Anschluss (In) anliegenden Spannung abzüglich der Abschnürspannung (pinch-off-Spannung) (VP) des Feldeffekttransistors (2).High-frequency switch according to claim 2, characterized in that in the switched-on state (ON) of the high-frequency switch ( 1 ) the first, positive control voltage (V C ) has a voltage value that is greater than the voltage value of the voltage applied to the first terminal (In) minus the pinch-off voltage (pinch-off voltage) (V P ) of the field effect transistor ( 2 ). Hochfrequenzschalter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass im ausgeschalteten Zustand (OFF) des Hochfrequenzschalters (1) die zweite, negative Steuerspannung (VC) kleiner als die Durchbruchspannung des Feldeffekttransistors (2) ist.High-frequency switch according to claim 2 or 3, characterized in that in the switched-off state (OFF) of the high-frequency switch ( 1 ) the second, negative control voltage (V C ) is less than the breakdown voltage of the field effect transistor ( 2 ). Hochfrequenzschalter nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anschluss (In) mit einem ersten Abschlusswiderstand (ZS) und der zweite Anschluss (Out) mit einem zweiten Abschlusswiderstand (ZL) abgeschlossen ist.High-frequency switch according to one of claims 2 to 4, characterized in that the first terminal (In) with a first terminating resistor (Z S ) and the second terminal (Out) with a second terminating resistor (Z L ) is completed. Hochfrequenzschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Gate-Strom (IG) verursachte Gleichspannungsoffset am zweiten Abschlusswiderstand (ZL) durch eine Gleichspannungsentkopplung zwischen dem zweiten Anschluss (Out) und dem zweiten Abschlusswiderstand (ZL) verhindert wird.High-frequency switch according to claim 5, characterized in that the DC offset caused by the gate current (I G ) at the second Ab End resistance (Z L ) by a DC decoupling between the second terminal (Out) and the second terminating resistor (Z L ) is prevented. Hochfrequenzschalter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Gate-Strom (IG) verursachte Gleichspannungsoffset am zweiten Abschlusswiderstand (ZL) durch einen negativen eingeprägten Kompensationsstrom (Ikomp) am ersten oder zweiten Anschluss (In, Out) kompensiert wird.High-frequency switch according to claim 5 or 6, characterized in that the DC offset caused by the gate current (I G ) at the second terminating resistor (Z L ) is compensated by a negative impressed compensation current (I comp ) at the first or second terminal (In, Out) ,
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