JP2001068984A

JP2001068984A - 半導体スイッチ回路及び移動体通信端末装置

Info

Publication number: JP2001068984A
Application number: JP23838799A
Authority: JP
Inventors: Kunihiko Tsubota; 邦彦坪田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1999-08-25
Filing date: 1999-08-25
Publication date: 2001-03-16

Abstract

(57)【要約】【課題】送信切換え時のアンテナ回路の電位上昇に対
して、その電位下降時間を速め、送信信号の歪みとこれ
に伴う電力損失とが小さい半導体スイッチ回路を提供す
る。【解決手段】半導体スイッチ回路１は、第１信号端子
Ｐ１の電位回復を行う抵抗Ｒ５、Ｒ６とダイオードＤ
１、Ｄ２、及び、スイッチ作用するＭＥＳＦＥＴ２１〜
２４を有する。受信期間に第１信号端子Ｐ１と第２信号
端子Ｐ２とが導通し、送信期間に第１信号端子Ｐ１と第
３信号端子Ｐ３とが導通する。送信切換え時の第１信号
端子Ｐ１の電位上昇は、抵抗Ｒ５、Ｒ６によって速やか
に解消し、また、ダイオードＤ１、Ｄ２を挿入すること
によりＭＥＳＦＥＴの設計の自由度を高める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体スイッチ回
路及び移動体通信端末装置に関し、より詳細には、半導
体スイッチ回路及び移動体通信端末装置の低消費電力化
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】携帯電話等の移動体通信端末装置は、イ
ンフラの整備に伴い急速な勢いで普及しており、装置本
体の低価格化及び小型化の要望に伴い、装置本体の構成
デバイスに対しても同様な要求がある。移動体通信端末
装置の構成デバイスである半導体スイッチ回路は、アン
テナ系を共用する高周波ユニット内で送信と受信との切
換えに使用される。半導体スイッチ回路は、その小型化
対策として、必要最小限の外部端子として、高周波信号
が入出力する１つの共通端子と２つの入出力端子、グラ
ンド端子、及び、切換え制御をする２つの制御端子のみ
を外部に取り出したＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ−Ｐｏｌｅ
Ｄｏｕｂｌｅ−Ｔｈｒｏｗ）スイッチが製品化されて
おり、例えば、６ピンミニモールドパッケージ等のＩＣ
として市場に流通している。

【０００３】また、移動体通信端末装置にとって、低消
費電力化対策はきわめて重要な課題である。移動体通信
端末装置は、消費電力の大きい送信系のパワーアンプの
電源を受信期間中にオフすることで、低消費電力化を図
っている。

【０００４】半導体スイッチ回路に関しては、ＩＣ化す
る際の小型化に対する事例がいくつか提案されている。
例えば、特開平７−３０３００１号公報には、移動体通
信向けに送信と受信とを切り換える半導体スイッチ回路
に関する技術が記載されている。図４は、該公報に記載
の半導体スイッチ回路の回路図である。この半導体スイ
ッチ回路は、送信期間にオンするＦＥＴ５１及び５３、
受信期間にオンするＦＥＴ５２及び５４を有する。

【０００５】受信器とグランドとの間には、ＦＥＴ５１
（ＦＥＴ５１のソース・ドレイン路）が接続され、受信
器とアンテナとの間には、ＦＥＴ５２とインダクタＬ１
とが並列に接続され、アンテナと送信器との間には、Ｆ
ＥＴ５３とインダクタＬ２とが並列に接続され、送信器
とグランドとの間には、ＦＥＴ５４が接続される。端子
ＶＣ１は、ＦＥＴ５２のゲートに抵抗Ｒ５２を介して接
続され、ＦＥＴ５４のゲートに抵抗Ｒ５４を介して接続
される。端子ＶＣ２は、ＦＥＴ５１のゲートに抵抗Ｒ５
１を介して接続され、ＦＥＴ５３のゲートに抵抗Ｒ５３
を介して接続される。

【０００６】受信期間には、端子ＶＣ１をグランド電位
に端子ＶＣ２を−Ｖｃｏｎ電位にすることで、ＦＥＴ５
１及び５３はオフし、ＦＥＴ５２及び５４はオンする。
ＦＥＴ５３は、寄生容量とインダクタＬ２とが信号の使
用周波数で並列共振するので、阻止フィルタ効果を有す
る。送信期間には、端子ＶＣ１を−Ｖｃｏｎ電位に、端
子ＶＣ２をグランド電位にすることで、ＦＥＴ５１及び
５３はオンし、ＦＥＴ５２及び５４はオフする。ＦＥＴ
５２は、上記と同様の理由で、阻止フィルタ効果を有す
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記公報に記載の技術
は、オフしている電界効果トランジスタに阻止フィルタ
の効果を持たせることで、使用周波数の信号成分に対す
る半導体スイッチ回路のアイソレーション特性を良好に
している。しかし、半導体スイッチ回路は、外部のアン
テナ、受信系回路、及び、送信系回路との間で容量結合
されているので、外部回路の直流電位が上昇すると容量
及び寄生抵抗から成る微分回路によって微分され、半導
体スイッチ回路内に電位上昇が発生する。

【０００８】携帯電話等では、一般に５００μｓｅｃ程
度の周期で送信と受信との切換えが行われ、送信期間の
み送信系回路の電源を供給する。上記半導体スイッチ回
路を携帯電話に利用すると、半導体スイッチ回路の内部
では、受信期間から送信期間に切り換わる時に（以下、
送信切換え時と呼ぶ）、アンテナ系回路で発生した上昇
電位から通常電位に下降するまでの時間（以下、電位下
降時間と呼ぶ）が遅いので、送信信号の歪みとこれに伴
う電力損失とが大きくなるという欠点を有する。

【０００９】本発明は、上記したような従来の技術が有
する問題点を解決するためになされたものであり、送信
切換え時のアンテナ系回路の電位下降時間を速くして、
送信信号の歪みとこれに伴う電力損失とが小さい半導体
スイッチ回路を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の半導体スイッチ回路は、第１の信号端子と
第２の信号端子との間に接続された第１のＭＥＳＦＥＴ
と、前記第１の信号端子と第３の信号端子との間に接続
された第２のＭＥＳＦＥＴと、相互に直列に接続された
第３のＭＥＳＦＥＴ及び第１のキャパシタから成り、前
記第２の信号端子とグランドとの間にこの順に接続され
た第１のブランチと、相互に直列に接続された第４のＭ
ＥＳＦＥＴ及び第２のキャパシタから成り、前記第３の
信号端子とグランドとの間にこの順に接続された第２の
ブランチと、相補信号が入力される第１及び第２の制御
端子から成る制御端子対であって、前記第１の制御端子
が前記第１及び第４のＭＥＳＦＥＴのゲートに接続さ
れ、前記第２の制御端子が前記第２及び第３のＭＥＳＦ
ＥＴのゲートに接続される制御端子対とを備える半導体
スイッチ回路において、第１の信号端子とグランドとの
間に抵抗を接続したことを特徴とする。

【００１１】本発明の半導体スイッチ回路は、送信切換
え時のアンテナ回路の電位下降時間を速くするので、送
信信号の歪みとこれに伴う電力損失とが小さくできる。

【００１２】また、本発明の半導体スイッチ回路は、前
記抵抗が、第１のノードで相互に直列に接続された第１
及び第２の抵抗から成り、前記半導体スイッチ回路は、
更に、前記第１の制御端子と前記第１のノードとの間に
順方向に接続された第１のダイオードと、前記第２の制
御端子と前記第１のノードとの間に順方向に接続された
第２のダイオードとを備えることが好ましい。この場
合、ＭＥＳＦＥＴが兼用して行っていた第１の信号端子
を通常電位にする機能をダイオードが代替するので、Ｍ
ＥＳＦＥＴの設計の自由度が広がる。

【００１３】本発明の移動体通信端末装置は、上記本発
明の半導体スイッチ回路と、第３のキャパシタを介して
前記第１の信号端子に接続されたアンテナと、第４のキ
ャパシタを介して前記第２の信号端子に接続された信号
受信部と、第５のキャパシタを介して前記第３の信号端
子に接続された信号送信部とを備えることを特徴とす
る。この場合、前記半導体スイッチ回路の採用に伴って
移動体通信端末装置の低消費電力化が可能になる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態例の半導
体スイッチ回路について図面を参照して説明する。図１
（ａ）及び（ｂ）は夫々、本発明の一実施形態例の半導
体スイッチ回路を備えた移動体通信端末装置のブロック
図、及び、各ノードの電位変化を示すタイミング図であ
る。同図（ａ）に示すように、この移動体通信端末装置
は、送受信共用するアンテナ１１、受信信号を増幅する
低雑音アンプ１２、増幅された受信信号を処理する受信
回路１４、送信信号を発生する送信回路１５、送信信号
を増幅するパワーアンプ１３、送信と受信との切換えを
する半導体スイッチ回路１、及び、各回路間を容量結合
するキャパシタＣ３〜Ｃ５で構成される。また、移動体
通信端末装置の低雑音アンプ１２及び受信回路１４が信
号受信部を構成し、パワーアンプ１３及び送信回路１５
が信号送信部を構成する。移動体通信端末装置は、更
に、図示しない制御部、操作部、及び、音声処理部等を
有する。

【００１５】半導体スイッチ回路１は、共通端子（第１
信号端子）Ｐ１と、第１信号端子Ｐ１に選択的に接続さ
れる第１入出力端子（第２信号端子）Ｐ２、及び、第２
入出力端子（第３信号端子）Ｐ３とを有する。第１信号
端子Ｐ１はキャパシタＣ５を介してアンテナ１１に接続
され、第２信号端子Ｐ２はキャパシタＣ３を介して低雑
音アンプ１２の入力に接続され、第３信号端子Ｐ３はキ
ャパシタＣ４を介してパワーアンプ１３の出力に接続さ
れる。低雑音アンプ１２は、出力を受信回路１４の入力
に接続し、パワーアンプ１３は、入力を送信回路１５の
出力に接続する。

【００１６】図示のように半導体スイッチ回路１は、ア
ンテナ１１、低雑音アンプ１２、及び、パワーアンプ１
３との間で、キャパシタＣ３〜Ｃ５による容量結合とし
ている。ここで、容量結合に代えて抵抗結合とすると、
抵抗による電力損失があり装置全体の消費電力が大きく
なる不具合があり、また、直接結合とすると、結合する
相互の回路の直流電位が異なるため、半導体スイッチ回
路１内のスイッチが動作しなくなる不具合がある。

【００１７】移動体通信端末装置では、図示しない制御
信号に基づいて半導体スイッチ回路１が送信と受信との
切換えをする。半導体スイッチ回路１は、受信期間に第
１信号端子Ｐ１と第２信号端子Ｐ２とを導通させること
で、アンテナ１１からの受信信号を低雑音アンプ１２で
増幅させて受信回路１４に出力する。また、送信期間に
は、第１信号端子Ｐ１と第３信号端子Ｐ３とを導通させ
ることで、送信回路１５からの送信信号をパワーアンプ
１３で増幅させてアンテナ１１に出力する。パワーアン
プ１３は、消費電力が大きいので、送信期間だけ電源が
供給される。

【００１８】図１（ｂ）に示すように、送信切換え時に
は、パワーアンプ１３の出力を成すノードＮＡの電位
が、ステップ状に上昇する。このとき、第１信号端子Ｐ
１と同電位であるノードＮＢの電位は、通常電位にキャ
パシタＣ４を介してノードＮＡの電位上昇分が加わる。
この電位は、ノードＮＢとグランド間の抵抗分Ｒｎｂ、
及び、キャパシタＣ４から成る、時定数Ｃ４×Ｒｎｂを
有する微分回路によって微分され、同図（ｂ）に示すよ
うに変化する。

【００１９】図２は、図１の半導体スイッチ回路１とし
て使用される本発明の第１実施形態例を示す回路図であ
る。本実施形態例の半導体スイッチ回路１は、高周波信
号が入出力する第１信号端子Ｐ１、第１信号端子Ｐ１と
選択的に導通する第２信号端子Ｐ２及び第３信号端子Ｐ
３、グランド電位に維持されるグランド端子Ｐ６、第１
制御信号Ｓｃ１が入力する第１制御端子Ｐ４、及び、第
２制御信号Ｓｃ２が入力する第２制御端子Ｐ５を有す
る。半導体スイッチ回路１は、電位下降時間を速くする
抵抗Ｒ５、Ｒ６及びダイオードＤ１、Ｄ２と、端子間を
導通させるメタル・セミコンダクター・ショットキー型
電界効果トランジスタ（以下、ＭＥＳＦＥＴと呼ぶ）２
１、２２と、アイソレーション特性を向上させるＭＥＳ
ＦＥＴ２３、２４と、容量結合させるキャパシタＣ１、
Ｃ２と、各ＭＥＳＦＥＴにゲート電流を流す抵抗Ｒ１〜
Ｒ４とで構成される。

【００２０】ＭＥＳＦＥＴ２１〜２４には、ゲート電位
を０Ｖにするとオフし３Ｖにするとオンするｎチャネル
型トランジスタが用いられ、ソース・ドレイン間のオン
抵抗とオフ抵抗との差が大きいものが採用される。ＭＥ
ＳＦＥＴは、ゲート逆方向電流が小さい（数μＡ）の
で、半導体スイッチ回路の消費電力が小さくなる。

【００２１】半導体スイッチ回路１は、抵抗Ｒ１〜Ｒ６
に数十ＫΩを、キャパシタＣ１〜Ｃ５に数ｐＦ〜数百ｐ
Ｆを通常値として採用する。より具体的な値としては、
例えば、抵抗Ｒ１〜Ｒ６が５０ＫΩであり、キャパシタ
Ｃ１〜Ｃ５が５０ｐＦである。

【００２２】第１信号端子Ｐ１と第２信号端子Ｐ２との
間は、ＭＥＳＦＥＴ２１を介して接続され、第１信号端
子Ｐ１と第３信号端子Ｐ３との間は、ＭＥＳＦＥＴ２２
を介して接続される。第２信号端子Ｐ２とグランドとの
間には、ＭＥＳＦＥＴ２３及びキャパシタＣ１が直列に
且つこの順に接続され、第３信号端子Ｐ３とグランドと
の間には、ＭＥＳＦＥＴ２４及びキャパシタＣ２が直列
に且つこの順に接続される。

【００２３】第１制御端子Ｐ４は、ダイオードＤ２のア
ノードに接続され、抵抗Ｒ１を介してＭＥＳＦＥＴ２１
のゲートに接続され、また、抵抗Ｒ４を介してＭＥＳＦ
ＥＴ２４のゲートに接続される。第２制御端子Ｐ５は、
ダイオードＤ１のアノードに接続され、抵抗Ｒ３を介し
てＭＥＳＦＥＴ２２のゲートに接続され、また、抵抗Ｒ
２を介してＭＥＳＦＥＴ２３のゲートに接続される。ダ
イオードＤ１及びＤ２のカソードが共通に接続されたノ
ードＮＣは、プルダウン抵抗Ｒ５を介してグランドに接
続され、抵抗Ｒ６を介して第１信号端子Ｐ１であるノー
ドＮＢに接続される。

【００２４】第１制御信号Ｓｃ１は、受信期間に電位３
Ｖとなり、送信期間に電位０Ｖとなる。第２制御信号Ｓ
ｃ２は、第１制御信号Ｓｃ１の相補信号である。受信期
間にＭＥＳＦＥＴ２１及び２４がオンし、ＭＥＳＦＥＴ
２２及び２３がオフする。パワーアンプの電源がカット
され、第３信号端子Ｐ３が高周波的にグランドと短絡さ
れるので、アンテナからの受信信号は、キャパシタＣ
５、ＭＥＳＦＥＴ２１、及び、キャパシタＣ３を介して
低雑音アンプに入力される。

【００２５】送信期間には、ＭＥＳＦＥＴ２２及び２３
がオンし、ＭＥＳＦＥＴ２１及び２４がオフする。ま
た、パワーアンプの電源が供給され、第２信号端子Ｐ２
が高周波的にグランドと短絡されるので、パワーアンプ
からの送信信号は、キャパシタＣ４、ＭＥＳＦＥＴ２
２、及び、キャパシタＣ５を介してアンテナに出力され
る。

【００２６】ここで、ノードＮＢの送信切換え時の電位
上昇に対する不具合、及び、その対策について説明す
る。通常、第１制御信号Ｓｃ１又は第２制御信号Ｓｃ２
は、頻繁に０Ｖ又は３Ｖに切り換えられ、ダイオードＤ
１又はＤ２と抵抗Ｒ５を介して所定の電流が流れるの
で、ノードＮＣの電位は２．８Ｖになる。このため、ノ
ードＮＣと抵抗Ｒ６で接続されているノードＮＢは、ノ
ードＮＣに従って通常電位が２．８Ｖになる。送信切換
え時に発生するノードＮＡの電位上昇分は、キャパシタ
Ｃ４、及び、オンしたＭＥＳＦＥＴ２２を介して、過渡
的に加わるので、ノードＮＢの電位は一旦上昇し、その
後通常電位にまで下降する。

【００２７】従来の半導体スイッチ回路を有する移動体
通信端末装置では、ノードＮＢとグランド間の抵抗分Ｒ
ｎｂは、ＭＥＳＦＥＴ２１のソース・ドレインとゲート
との間で形成される逆方向ショットキーダイオードの抵
抗分が支配的となり１〜９ＭΩ程度になる。このため、
抵抗分ＲｎｂとキャパシタＣ４とからなる放電経路の時
定数Ｃ４×Ｒｎｂは、５０〜４５０μｓｅｃ程度になる
ので、携帯電話等の切換え周期（５００μｓｅｃ程度）
に対して影響が大きい不具合があった。ノードＮＢの通
常電位は、送信回路１５が発生した送信信号から見ると
グランド基準であり、ノードＮＢの通常電位に対する電
位上昇分は、正常な送信信号を歪ませる原因となり、こ
れに伴う電力損失を増加させる不具合を生じる。

【００２８】本発明の構成に従って電位下降時間を速め
るための抵抗Ｒ５、Ｒ６及びダイオードＤ１、Ｄ２を付
加したことにより、抵抗分Ｒｎｂは、抵抗Ｒ５及びＲ６
の直列抵抗分１００ＫΩとなる。このため、時定数Ｃ４
×Ｒｎｂは、５μｓｅｃ程度になるので、携帯電話等の
切換え周期に対する影響は小さくなり、上記従来技術に
おける不具合を解消することができる。つまり、上記実
施形態例によれば、送信切換え時の電位上昇に対する電
位下降時間が速くなるので、送信信号の歪みとこれに伴
う電力損失とが小さくなる。

【００２９】図３は、図１の半導体スイッチ回路１の第
２実施形態例を示す回路図である。本実施形態例の半導
体スイッチ回路では、電位下降時間を速くするダイオー
ドＤ１、Ｄ２、及び、抵抗Ｒ６を省略した点が先の実施
形態例とは異なる。

【００３０】半導体スイッチ回路１Ａは、ノードＮＢと
グランドとの間をプルダウン抵抗Ｒ５で接続する。半導
体スイッチ回路１Ａは、プルダウン抵抗Ｒ５、抵抗Ｒ
１、抵抗Ｒ３、及び、ＭＥＳＦＥＴ２１又は２２のソー
ス・ドレインとゲートとの間で形成される順方向ダイオ
ードの特性を所定の値に設定する。

【００３１】通常、頻繁に０Ｖ又は３Ｖに切り換えられ
る第１制御信号Ｓｃ１又は第２制御信号Ｓｃ２は、抵抗
Ｒ１又は抵抗Ｒ３と、ＭＥＳＦＥＴ２１又は２２の順方
向ダイオードと、抵抗Ｒ５とを介して所定の電流が流れ
るので、ノードＮＢの電位は通常電位になる。半導体ス
イッチ回路１Ａは、先の実施形態例と同様な効果を有す
る。

【００３２】上記実施形態例によれば、電位回復回路の
ダイオードＤ１、Ｄ２、及び、抵抗Ｒ６を省略したの
で、小型化に貢献できる。

【００３３】以上、本発明をその好適な実施形態例に基
づいて説明したが、本発明の半導体スイッチ回路は、上
記実施形態例の構成にのみ限定されるものでなく、上記
実施形態例の構成から種々の修正及び変更を施した半導
体スイッチ回路も、本発明の範囲に含まれる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体ス
イッチ回路は、送信切換え時の電位上昇に対して、その
電位下降時間を速めて、これに伴う電力損失を小さくし
たことにより、必要最小限の６ピンミニモールドパッケ
ージ等のＩＣとして製品化される移動体通信端末装置に
おける低ひずみ及び低消費電力化に貢献できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態例の
半導体スイッチ回路を備えた移動体通信端末装置のブロ
ック図、及び、各ノードの電位変化を示すタイミング図
である。

【図２】図１の半導体スイッチ回路１として利用され
る、本発明の第１実施形態例の半導体スイッチを示す回
路図である。

【図３】図１の半導体スイッチ回路１として利用され
る、本発明の第２実施形態例の半導体スイッチを示す回
路図である。

【図４】従来の半導体スイッチ回路の回路図である。

【符号の説明】

Ｌ１，Ｌ２インダクタＲ１〜Ｒ４，Ｒ６，Ｒ５１〜Ｒ５４抵抗ＦＥＴ５１〜ＦＥＴ５４電界効果トランジスタＲ５プルダウン抵抗Ｃ１〜Ｃ５キャパシタＤ１，Ｄ２ダイオード２１〜２４ＭＥＳＦＥＴＰ１第１信号端子Ｐ２第２信号端子Ｐ３第３信号端子Ｐ４第１制御端子Ｐ５第２制御端子Ｐ６グランド端子ＮＡ，ＮＢ，ＮＣノード１半導体スイッチ回路１１アンテナ１２低雑音アンプ１３パワーアンプ１４受信回路１５送信回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の信号端子と第２の信号端子との間
に接続された第１のＭＥＳＦＥＴと、前記第１の信号端
子と第３の信号端子との間に接続された第２のＭＥＳＦ
ＥＴと、相互に直列に接続された第３のＭＥＳＦＥＴ及
び第１のキャパシタから成り、前記第２の信号端子とグ
ランドとの間にこの順に接続された第１のブランチと、
相互に直列に接続された第４のＭＥＳＦＥＴ及び第２の
キャパシタから成り、前記第３の信号端子とグランドと
の間にこの順に接続された第２のブランチと、相補信号
が入力される第１及び第２の制御端子から成る制御端子
対であって、前記第１の制御端子が前記第１及び第４の
ＭＥＳＦＥＴのゲートに接続され、前記第２の制御端子
が前記第２及び第３のＭＥＳＦＥＴのゲートに接続され
る制御端子対とを備える半導体スイッチ回路において、第１の信号端子とグランドとの間に抵抗を接続したこと
を特徴とする半導体スイッチ回路。
【請求項２】前記抵抗が、第１のノードで相互に直列
に接続された第１及び第２の抵抗から成り、前記半導体
スイッチ回路は、更に、前記第１の制御端子と前記第１
のノードとの間に順方向に接続された第１のダイオード
と、前記第２の制御端子と前記第１のノードとの間に順
方向に接続された第２のダイオードとを備える、請求項
１に記載の半導体スイッチ回路。
【請求項３】請求項１又は２に記載の半導体スイッチ
回路と、第３のキャパシタを介して前記第１の信号端子
に接続されたアンテナと、第４のキャパシタを介して前
記第２の信号端子に接続された信号受信部と、第５のキ
ャパシタを介して前記第３の信号端子に接続された信号
送信部とを備えることを特徴とする移動体通信端末装
置。