JP2004187215A

JP2004187215A - 高周波スイッチ回路

Info

Publication number: JP2004187215A
Application number: JP2002354956A
Authority: JP
Inventors: Yuta Sugiyama; 雄太杉山
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2002-12-06
Filing date: 2002-12-06
Publication date: 2004-07-02

Abstract

【課題】大電力を送信しても信頼性の高いマイクロマシン・スイッチを用いた高周波スイッチ回路を提供する。
【解決手段】１つまたは複数のマイクロマシン・スイッチと、１つまたは複数のインピーダンス変換回路からなる高周波スイッチ回路であって、前記インピーダンス変換回路を前記高周波スイッチ回路の外部端子と前記マイクロマシン・スイッチの間に配置することにより、前記マイクロマシン・スイッチのうちオン状態となっているマイクロマシン・スイッチからみた少なくとも一方の外部回路のインピーダンスを高くする。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信機器などの高周波装置において、複数の回路の接続を切替えるために用いる高周波スイッチ回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高周波の無線通信機器における高周波スイッチ回路としては、従来ダイオードを用いたスイッチが広く用いられている。これは、ダイオードにＤＣ電流を流した場合には、高周波帯で導通した状態となり、電流を流さない場合には絶縁状態となる性質を利用したものである。ところがＤＣ電流を流すということは、電力を消費するという事であり、携帯電話などのバッテリーで駆動する通信機器では低消費電力のスイッチが求められている。
【０００３】
そこで、マイクロマシン・スイッチをダイオードの代わりに用いる方法が現在検討されている。マイクロマシン・スイッチについては例えば特許文献１に報告されている。マイクロマシン・スイッチはＤＣ電流を必要とせず、またスイッチの導通・不通の切替えに要するエネルギーも極わずかですむ。加えてマイクロマシン・スイッチを用いた場合には、導通時には高周波信号の挿入損失も小さく、不通時にはアイソレーションが高いという、スイッチとして理想的な性質を持つ。
【０００４】
図３に、マイクロマシン・スイッチを用いた高周波スイッチ回路を、アンテナ送受信切り替え装置として用いた場合の構成例を示す。
現在マイクロマシン・スイッチの基本構造として２端子間をＯＮ・ＯＦＦするだけのものが特許文献１などに報告されているこのようなマイクロマシン・スイッチにより、アンテナ１に接続する回路との接続を、送信回路３１あるいは受信回路３２へ切替える場合、図のように２つのマイクロマシン・スイッチ１１、１２が必要となる。図３において、送信時にはマイクロマシン・スイッチ１２をオフ状態とし、マイクロマシン・スイッチ１１をオン状態とすることで、アンテナ端子２１を送信回路端子２２に接続することになる。これによりマイクロマシン・スイッチ１１を送信信号が通過する。ところで非特許文献１の報告では、マイクロマシン・スイッチの接点部分は極めて小さいため、熱が逃げにくく、且つ電流が集中するために、２００ｍＡ以下の電流で接点部分が１００℃以上の高温に晒されることが示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１４３５９５号公報
【非特許文献１】
ＩＥＥＥＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳＯＮＣＯＭＰＯＮＥＮＴＳＡＮＤＰＡＣＫＡＧＩＮＧＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ，ＶＯＬ．２２，ＮＯ．３，ＳＥＰＴＥＭＢＥＲ１９９９
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
マイクロマシン・スイッチの場合、例えばＧＳＭ方式の携帯電話では、３Ｗを超える電力を送信する場合がある。そのような場合、５０Ωのアンテナインピーダンスを外部端子２１に接続したとすれば、２４０ｍＡを超える電流が流れるため、このような構成の高周波スイッチ回路では、マイクロマシン・スイッチの接点部分が極めて高温に晒されることになる。このような高温に晒される場合には、長期的な信頼性が著しく低下することが懸念される。したがって取扱い電力の大きい場合に、マイクロマシン・スイッチを用いた高周波スイッチ回路の高信頼性を確保するには、このような高温状態を避ける手段が求められることになる。
【０００７】
そこで、本発明は、マイクロマシン・スイッチを用いた高周波スイッチ回路において、大電力を通過させた場合の信頼性の低下を最小限にする構成を提案するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の高周波スイッチ回路は、１つまたは複数のマイクロマシン・スイッチと、１つまたは複数のインピーダンス変換回路からなる高周波スイッチ回路であって、前記インピーダンス変換回路を前記高周波スイッチ回路の外部端子と前記マイクロマシン・スイッチの間に配置することにより、前記マイクロマシン・スイッチのうちオン状態となっているマイクロマシン・スイッチからみた少なくとも一方の外部回路のインピーダンスを高くしたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の第２の高周波スイッチ回路は、前記第１の高周波スイッチ回路であって、前記オン状態のマイクロマシン・スイッチからみた少なくとも一方の外部回路のインピーダンスが１００オーム以上となるようにしたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の第３の高周波スイッチ回路は、前記第１または第２の高周波スイッチ回路であって、前記インピーダンス変換回路の少なくとも１つが略４分の１波長伝送線路によって構成され、前記伝送線路が７５オーム以上の特性インピーダンスを持つこと特徴とする。
【００１１】
本発明の第４の高周波スイッチ回路は、前記第１または第２の高周波スイッチ回路であって、前記インピーダンス変換回路の少なくとも１つが集中定数素子により構成されたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の高周波スイッチ回路の動作を一実施例に基づき説明する。
（実施例１）
図１は本発明による単極単投（ＳＰＳＴ）型高周波スイッチ回路４１を外部回路７１，７２の接続をオン・オフするように配置した実施例である。図に示されるように、本実施例の高周波スイッチ回路は、インピーダンス変換回路６１ａ，６１ｂとマイクロマシン・スイッチ１１ａから構成され、前記インピーダンス変換回路６１ａ，６１ｂは、本例においては、それぞれ外部端子に接続されるインダクタ５２と接地したキャパシタ５１からなる。本発明に用いられるインピーダンス変換回路は必ずしもこのような構成に限定されず、例えば略４分の１波長の長さを持つ伝送線路で置き換えることも可能である。この高周波スイッチ回路の動作は次のようになる。
【００１３】
即ち、高周波スイッチ回路がオン状態においては、制御回路３３ａにより閾値電圧以上の電圧を制御端子２４ａに印加することにより、マイクロマシン・スイッチ１１ａがオン状態となり、ノードｎ１とｎ２間が導通される。このとき外部端子２１から外部回路７２側を見た場合のインピーダンスをＺ１とし、内部のノードｎ１から外部回路７２を見た場合のインピーダンスをＺ２とする。いま外部回路７１側から外部回路７２側へ信号を送ることを考え、外部回路７２の受信電力を１Ｗとする。このとき、受信回路に流れ込む電流は、数式１のようであり、通常ＺＬ＝５０（Ω）の場合、０．１４Ａである。インピーダンス変換回路のない、従来の高周波スイッチ回路では、同じ量の電流がマイクロマシン・スイッチにながれる。
【００１４】
【数１】

【００１５】
ところが、本発明による高周波スイッチ回路では、例えばインダクタ５２のインダアクタンスを７．９６ｎＨとし、キャパシタ５１の容量を１．５９ｐＦと設定すれば、１ＧＨｚの高周波を用いた場合、インピーダンス変換回路６１ａ、６１ｂにより、Ｚ１を５０オームに保ったまま、Ｚ２を１００オームに設定する事ができる。この時マイクロマシン・スイッチ１１ａに流れる電流は数式２のようになり、従来に比べ２９％も減少させることができる。
【００１６】
【数２】

【００１７】
このため、マイクロマシン・スイッチ１１ａ内の接触抵抗に電流が流れることによる発熱を抑え、接触部の温度を低温に抑える事が出来る。Ｚ２が高いほど、電流の減少率は大きくなるため、十分に温度を下げるにはＺ２を１００オーム以上に設定する事が望ましい。
このようにしてマイクロマシン・スイッチ１１ａの最も重要な接触部を、低温で動作させることにより、マイクロマシン・スイッチを用いた高周波スイッチ回路の信頼性を大きく改善することが可能となる。
【００１８】
ここでインピーダンス変換回路６１ａ，６１ｂのいずれかあるいは双方は略４分の１波長線路を用いてもよく、その際線路の特性インピーダンスをＺｔとすれば、数式３のようになる。前述したようにＺ２を望ましい１００オーム以上にするためには、前記Ｚｔを７５オーム以上に設定すればよい。
【００１９】
【数３】

【００２０】
（実施例２）
図２は、本発明の第２の実施例である。本実施例の高周波スイッチ回路は、外部端子２１と、外部端子２２，２３のいずれかの端子を接続する、単極双投型である。次に動作を説明する。
【００２１】
（１）外部端子２１と外部端子２２を接続する場合
この時、マイクロマシン・スイッチ１１ａをオン、１１ｂをオフ状態にする。このため、インピーダンス変換回路６１ｂ及び外部端子２３に接続される外部回路３３は、ノードｎ１から電気的に切り離され、影響を与えない。残りの回路はインピーダンス変換回路６１ａ，６１ｃ及びマイクロマシン・スイッチ１１ａからなり、実施例１と同様な構成となる。こうして同様にマイクロマシン・スイッチ１１ａの動作温度を低下させ、信頼性を向上させることができる。マイクロマシン・スイッチ１１ｂについてはこの時電流が流れないので、信頼性を低下させるような影響を与えることはない。
【００２２】
（２）外部端子２１と外部端子２３を接続する場合
この時、マイクロマシン・スイッチ１１ａをオフ、１１ｂをオン状態にすることにより、（１）の場合と同様にして、マイクロマシン・スイッチ１１ｂの動作温度を低下させ、信頼性を向上させることができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、マイクロマシン・スイッチを用いた高周波スイッチ回路において、マイクロマシン・スイッチの接触部の動作温度を低下させて、信頼性を高めた高周波スイッチ回路が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマイクロマシン・スイッチを用いた高周波スイッチ回路の実施例を示す図である。
【図２】本発明の別の実施例を示す図である。
【図３】従来のマイクロマシン・スイッチを用いた高周波スイッチ回路を、アンテナ送受信切替回路に用いた例を示す図である。
【符号の説明】
１：アンテナ
１１ａ，１１ｂ：マイクロマシン・スイッチ
２１，２２，２３：外部端子
２４ａ，２４ｂ：制御端子
２６：接地端子
３１：送信回路
３２：受信回路
３３ａ，３３ｂ：マイクロマシン・スイッチ制御回路
４１：高周波スイッチ回路
５１：キャパシタ
５２：インダクタ
６１ａ，６１ｂ：インピーダンス変換回路
７１，７２：外部回路
ｎ１，ｎ２：内部ノード

Claims

１つまたは複数のマイクロマシン・スイッチと、１つまたは複数のインピーダンス変換回路からなる高周波スイッチ回路であって、前記インピーダンス変換回路を前記高周波スイッチ回路の外部端子と前記マイクロマシン・スイッチの間に配置することにより、前記マイクロマシン・スイッチのうちオン状態となっているマイクロマシン・スイッチからみた少なくとも一方の外部回路のインピーダンスを高くしたことを特徴とする高周波スイッチ回路。
請求項１記載の高周波スイッチ回路であって、前記オン状態のマイクロマシン・スイッチからみた少なくとも一方の外部回路のインピーダンスが１００オーム以上となるようにしたことを特徴とする高周波スイッチ回路。
請求項１または２記載の高周波スイッチ回路であって、前記インピーダンス変換回路の少なくとも１つが略４分の１波長伝送線路によって構成され、前記伝送線路が７５オーム以上の特性インピーダンスを持つことを特徴とする高周波スイッチ回路。
請求項１または２記載の高周波スイッチ回路であって、前記インピーダンス変換回路の少なくとも１つが集中定数素子により構成されたことを特徴とする高周波スイッチ回路。