JP2005260806A - High frequency switch circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は複数の電界効果型トランジスタからなる高周波用スイッチ回路に関するものである。 The present invention relates to a high-frequency switch circuit comprising a plurality of field effect transistors.
以下、従来の高周波用スイッチ回路について説明する。 A conventional high-frequency switch circuit will be described below.
図11および図12はFETを用いた高周波用スイッチ回路の先行技術の一例を示す回路図である。 FIG. 11 and FIG. 12 are circuit diagrams showing an example of the prior art of a high-frequency switch circuit using FETs.
(先行技術1)
図11の高周波用スイッチ回路において、符号Aは第1の高周波信号入出力端子を示す。この第1の高周波信号入出力端子Aは、例えばアンテナに接続される。符号B〜Eはそれぞれ第2の高周波信号入出力端子を示す。符号1〜4は複数のFETが多段に接続された構成を有するスイッチを示す。符号10〜13は複数のFETが多段に接続された構成を有するスイッチを示す。このスイッチ10〜13は、スイッチ1〜4のうちオフ状態となっているスイッチの経路から漏洩した高周波信号をグランドに落とすために配置されている。符号14〜17はコンデンサを示す。
(Prior art 1)
In the high-frequency switch circuit of FIG. 11, reference numeral A denotes a first high-frequency signal input / output terminal. The first high-frequency signal input / output terminal A is connected to, for example, an antenna. Reference numerals B to E respectively denote second high-frequency signal input / output terminals.
図11のスイッチ回路において、第1の高周波信号入出力端子Aより入力された高周波信号は、その大部分がスイッチ1を通じて第2の高周波信号入出力端子Bへと出力されるが、一部の高周波信号はオフ状態のスイッチ2〜4を通過し、第2の高周波信号入出力端子C〜Eへ漏洩する。この際、スイッチ11〜13をオンにすることによって、オフ状態のスイッチ2〜4を通過し漏洩した信号をグランドに落とす経路を設ける。これによって、第2の高周波信号入出力端子C〜Eへの信号の漏洩を減少させることが可能となる。
In the switch circuit of FIG. 11, most of the high-frequency signals input from the first high-frequency signal input / output terminal A are output to the second high-frequency signal input / output terminal B through the
(先行技術2)
上記図11の構成においては、アイソレーション特性がデバイスの周波数特性により一義的に決定されるため、所望の周波数帯において十分なアイソレーション特性を確保することが困難な場合がある。この問題を解決するために考案された手法が、インダクタを高周波信号入出力端子間のスイッチ部と並列に配置する手法である。以下に上記のような先行技術2について図12を参照しながら説明を行う。
(Prior art 2)
In the configuration of FIG. 11 described above, the isolation characteristic is uniquely determined by the frequency characteristic of the device, and thus it may be difficult to ensure sufficient isolation characteristic in a desired frequency band. A technique devised to solve this problem is a technique in which an inductor is arranged in parallel with a switch section between high-frequency signal input / output terminals. The
図12のスイッチ回路において、符号Aは第1の高周波信号入出力端子を示す。第1の高周波信号入出力端子Aは、例えばアンテナに接続される。符号B〜Eは第2の高周波信号入出力端子を示す。符号1〜4は複数のFETが多段に接続された構成を有するスイッチを示す。符号10〜13は複数のFETが多段に接続された構成を有するスイッチを示す。このスイッチ10〜13は、スイッチ1〜4のうちオフ状態となっているスイッチの経路から漏洩した高周波信号をグランドに落とすために配置されている。符号14〜17はコンデンサを示す。符号18〜21はスイッチ1〜4がオフ状態の際に個々のFETが有するオフ容量と並列共振させるためのインダクタを示す。
In the switch circuit of FIG. 12, symbol A indicates a first high-frequency signal input / output terminal. The first high-frequency signal input / output terminal A is connected to, for example, an antenna. Reference numerals B to E denote second high-frequency signal input / output terminals.
図12のスイッチ回路においてインダクタがない場合、先行技術1と同様に第1の高周波信号入出力端子Aより入力された高周波信号は、その大部分がスイッチ1を通じて第2の高周波信号入出力端子Bへと出力されるが、一部の高周波信号はオフ状態のスイッチ2〜4を介して第2の高周波信号入出力端子C〜Eへと漏洩する。このため、インダクタ18〜21をFETからなるスイッチ1〜4とそれぞれ並列に配置し、オフ状態でのFETのオフ容量とインダクタ18〜21とを並列共振させることにより所望の周波数における高周波信号の漏洩を低減させる。これによって、第1の高周波信号入出力端子Aと第2の高周波信号入出力端子Bの間での挿入損失を低減させることが可能となる。
When the switch circuit of FIG. 12 does not have an inductor, most of the high-frequency signal input from the first high-frequency signal input / output terminal A is the second high-frequency signal input / output terminal B through the
ここで、「スイッチ」とは、電界効果トランジスタまたはバイポーラトランジスタ等の半導体スイッチ素子を中心に構成されたものであり、以下「スイッチ」と略称する。
先行技術2に関して、上記の構成の高周波用スイッチ回路のように第2の高周波信号出力端子が複数存在する場合、それら全ての経路においてのアイソレーション特性を高め挿入損失を低減させるためには、第2の高周波信号入出力端子B〜Eと同数のインダクタ18〜21が必要となる。このように全ての経路に対してインダクタ18〜21を配置することによって高周波用スイッチ回路の大型化、高コスト化といった問題が生じる。
In the case of the
またスイッチ1〜4と並列に配置されるインダクタ18〜21のインダクタンス値は、スイッチ1〜4中のFETのオフ容量Cとある一つの共振周波数fに対して
f=1/2π√(LC)
の式に従い一義的に決定することから、複数の周波数帯でのスイッチング動作を行う場合には一つの周波数帯でのアイソレーション特性は改善されるが、その他の周波数帯においては共振によるアイソレーション特性の改善は望めないため、ある周波数帯においては逆にアイソレーション特性が悪化する可能性もある。
The inductance values of the
In the case of switching operation in multiple frequency bands, the isolation characteristics in one frequency band are improved, but in other frequency bands, the isolation characteristics due to resonance are determined. However, the isolation characteristics may deteriorate in a certain frequency band.
本発明は上記従来技術の問題点を解決するもので、部品点数を減少させた上で先行技術2のようなアイソレーション特性を確保し、また複数の周波数帯において高いアイソレーション特性および低挿入損失特性を確保することのできる高周波用スイッチ回路を提供することを目的とする。
The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, secures the isolation characteristics as in the
上記課題を解決するために、本発明の高周波用スイッチ回路は、通過周波数帯域の異なる複数の送受信信号を各送受信系に分けるもので、少なくとも1個の第1の高周波信号入出力端子および複数個の第2の高周波信号入出力端子と、少なくとも1個の第1の高周波信号入出力端子に一端がそれぞれ接続され、複数個の第2の高周波信号入出力端子に他端がそれぞれ接続された複数個の第1のスイッチと、少なくとも1個の第1の高周波信号入出力端子に一端が接続されたインダクタと、インダクタの他端に共通に一端が接続され複数個の第2の高周波信号入力端子にそれぞれ他端が接続された複数個の第2のスイッチとを備えている。 In order to solve the above problems, a high-frequency switch circuit according to the present invention divides a plurality of transmission / reception signals having different pass frequency bands into transmission / reception systems, and includes at least one first high-frequency signal input / output terminal and a plurality of transmission / reception signals. A plurality of second high-frequency signal input / output terminals, one end connected to at least one first high-frequency signal input / output terminal, and the other end connected to a plurality of second high-frequency signal input / output terminals. A first switch, an inductor having one end connected to at least one first high-frequency signal input / output terminal, and a plurality of second high-frequency signal input terminals commonly connected to the other end of the inductor And a plurality of second switches each having the other end connected thereto.
本発明の構成によれば、並列共振回路に用いるインダクタを全ての経路において共用することによって部品点数を減らしつつアイソレーション特性を高めることができる。また、ある通過周波数帯域については、インダクタによる共振を使用してアイソレーション特性を高め、他の通過周波数帯域についてはインダクタによる共振を使用しないことによってアイソレーション特性を高めることができる。 According to the configuration of the present invention, it is possible to improve the isolation characteristic while reducing the number of parts by sharing the inductor used in the parallel resonant circuit in all paths. Further, with respect to a certain pass frequency band, the isolation characteristic can be enhanced by using resonance by the inductor, and the isolation characteristic can be enhanced by not using the resonance by the inductor with respect to another pass frequency band.
上記本発明の高周波用スイッチ回路においては、少なくとも1個の第1の高周波信号入出力端子が移動体通信装置のアンテナ側に接続される。 In the high-frequency switch circuit of the present invention, at least one first high-frequency signal input / output terminal is connected to the antenna side of the mobile communication device.
また、上記本発明の高周波用スイッチ回路においては、インダクタを複数の誘電体層中に内蔵した積層体と、第1および第2のスイッチを構成し積層体上に配置されたチップ素子とで構成されることにより、複合一体化されていてもよい。 The high-frequency switch circuit of the present invention includes a laminated body in which an inductor is built in a plurality of dielectric layers, and a chip element that constitutes the first and second switches and is disposed on the laminated body. By doing so, it may be combined and integrated.
本発明は、並列共振回路に用いるインダクタを全ての経路において共用することによって部品点数を減らし、またインダクタに対して直列に配置したスイッチのロジック変更により複数の周波数帯において高いアイソレーション特性をもつ高周波用スイッチ回路を実現することができる。 The present invention reduces the number of components by sharing an inductor used for a parallel resonant circuit in all paths, and also has high isolation characteristics in multiple frequency bands by changing the logic of a switch arranged in series with the inductor. Switch circuit can be realized.
以下、本発明の実施の形態を、図1から図10を用いて以下詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
図1は本実施の形態における高周波スイッチ回路の構成を示す回路図である。図1において、符号Aは第1の高周波信号入出力端子を示す。この第1の高周波信号入出力端子Aは、例えばアンテナに接続される。第1の高周波信号入出力端子は複数存在する場合もある。符号B〜Eは第2の高周波信号入出力端子を示す。符号1〜4は複数のFETが多段に接続された構成を有するスイッチを示す。符号5〜8は複数のFETが多段に接続された構成を有するスイッチを示す。符号9はインダクタを示す。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a high-frequency switch circuit according to the present embodiment. In FIG. 1, symbol A indicates a first high-frequency signal input / output terminal. The first high-frequency signal input / output terminal A is connected to, for example, an antenna. There may be a plurality of first high-frequency signal input / output terminals. Reference numerals B to E denote second high-frequency signal input / output terminals.
以上のように構成された本実施の形態の高周波スイッチ回路について、以下にその動作を説明する。 The operation of the high-frequency switch circuit of the present embodiment configured as described above will be described below.
スイッチ1をオン状態とし、第1の高周波信号入出力端子Aから第2の高周波信号入出力端子Bへと高周波信号を伝達する際には、スイッチ2〜5をオフ状態とすることによって第2の高周波信号入出力端子C〜Eに高周波信号が漏洩しないようにする。またこの際、スイッチ6〜8をオン状態にし、第1の高周波信号入出力端子Aと第2の高周波信号出力端子C〜Eとの間にインダクタ9とスイッチ2〜4のオフ容量との並列共振回路を設けることにより、上記従来技術と同様にある周波数におけるアイソレーション特性を向上させることが可能となり、この周波数における挿入損失の値を低減させることも可能となる。
When the
共振によりアイソレーション特性を向上させる周波数は、スイッチ1〜4のオフ容量を固定した場合、インダクタ9のインダクタンス値により決定される。このインダクタ9のインダクタンス値を変更することにより所望の周波数帯におけるアイソレーション特性を向上させることが可能となる。
The frequency at which the isolation characteristic is improved by resonance is determined by the inductance value of the
また、スイッチ5〜8を全てオフ状態にすることにより、共振点以外でのアイソレーション特性を確保することができる。
Further, by setting all the
本実施の形態においては、上記高周波スイッチ回路を携帯電話のアンテナスイッチ回路として用いることを想定してRFシミュレーションを行っており、第1の高周波信号入出力端子Aをアンテナ側の端子、第2の高周波信号入出力端子BをPCSシステム(送信Tx:1850〜1910MHz、受信Rx:1930〜1990MHz)、第2の高周波信号入出力端子CをCDMAシステム(送信Tx:824〜849MHz、受信Rx:869〜894MHz)、第2の高周波信号入出力端子DをGPSシステム(1545:42±1MHz)、第2の高周波信号入出力端子EをGSMシステム(送信Tx:880〜915MHz、受信Rx:925〜960MHz)に対応させている。 In the present embodiment, an RF simulation is performed on the assumption that the high-frequency switch circuit is used as an antenna switch circuit of a mobile phone. The first high-frequency signal input / output terminal A is an antenna-side terminal, and the second The high frequency signal input / output terminal B is connected to the PCS system (transmission Tx: 1850 to 1910 MHz, reception Rx: 1930 to 1990 MHz), and the second high frequency signal input / output terminal C is connected to the CDMA system (transmission Tx: 824 to 849 MHz, reception Rx: 869 to 894 MHz), the second high-frequency signal input / output terminal D is a GPS system (1545: 42 ± 1 MHz), and the second high-frequency signal input / output terminal E is a GSM system (transmission Tx: 880-915 MHz, reception Rx: 925-960 MHz). It corresponds to.
また、高周波スイッチ回路の挿入損失は、周波数特性を持っており、一般的に周波数が高くなるにつれて挿入損失が大きくなることから、上記の通信方式の中でも最も高い周波数帯を利用しているPCSシステムにおいて、そのアイソレーション特性、挿入損失特性について、RFシミュレーションにより検証を行った。 The insertion loss of the high-frequency switch circuit has frequency characteristics, and generally the insertion loss increases as the frequency increases. Therefore, the PCS system using the highest frequency band among the above communication methods. Then, the isolation characteristic and the insertion loss characteristic were verified by RF simulation.
図2にPCSシステムの送受信時における本発明の実施の形態における回路図を示し、図3にインダクタによる共振回路を用いない場合(先行技術1)の回路図を示す。また、図4に第1の高周波入出力端子A−第2の高周波信号入出力端子C(または第2の高周波信号入出力端子D,E)間のアイソレーション特性を示し、図5に第1の高周波信号入出力端子A−第2の高周波信号入出力端子B間の挿入損失特性を示す。図4および図5において、schematic1はインダクタによる共振回路を用いない先行技術1の各特性を示し、schematic2は本発明の実施の形態において、共振を使用した場合の各特性を示している。
FIG. 2 shows a circuit diagram in the embodiment of the present invention at the time of transmission / reception of the PCS system, and FIG. 3 shows a circuit diagram in the case where a resonance circuit using an inductor is not used (prior art 1). 4 shows isolation characteristics between the first high-frequency input / output terminal A and the second high-frequency signal input / output terminal C (or the second high-frequency signal input / output terminals D and E), and FIG. The insertion loss characteristics between the high frequency signal input / output terminal A and the second high frequency signal input / output terminal B are shown. 4 and 5, schematic 1 indicates each characteristic of the
図4のアイソレーション特性のシミュレーション結果に関して説明する。図1におけるスイッチ1およびスイッチ6〜8をオン状態にし、スイッチ2〜5をオフ状態にすることにより、インダクタ9とスイッチ2〜4のオフ容量との間で並列共振を起こしている。これにより、インダクタ9による共振回路を用いない場合(schematic1参照)と比較して、PCSシステムにおけるアイソレーション特性を改善させることが可能となる(schematic2参照)。すなわち、インダクタ9による共振回路を用いない場合に、1.91GHzで−42.85dBであるのに対し、インダクタ9による共振回路を用いた場合には、1.91GHzで−71.54dBとなり、アイソレーション特性が改善していることがわかる。
The simulation result of the isolation characteristic of FIG. 4 will be described. The
図5の挿入損失特性のシミュレーション結果に関して説明する。上記PCSシステムにおけるアイソレーション特性の改善により他経路への高周波信号の漏洩が減少する。これにより、インダクタ9による共振回路を用いない場合(schematic1参照)と比較して、PCSシステムにおける挿入損失が減少することが確認された(schematic2参照)。すなわち、インダクタ9による共振回路を用いない場合に、1.91GHzで−0.6896dBであるのに対し、インダクタ9による共振回路を用いた場合には、1.91GHzで−0.6767dBとなり、挿入損失が減少していることがわかる。
The simulation result of the insertion loss characteristic in FIG. 5 will be described. By improving the isolation characteristics in the PCS system, leakage of high-frequency signals to other paths is reduced. As a result, it was confirmed that the insertion loss in the PCS system is reduced (see schematic 2) as compared with the case where the resonance circuit by the
図6にGSMシステムの送受信時における本発明の実施の形態における回路図を示す。図7に第1の高周波入出力端子A−第2の高周波信号入出力端子D(または第2の高周波信号入出力端子B,C)間のアイソレーション特性を示し、図8に第1の高周波信号入出力端子A−第2の高周波信号入出力端子E間の挿入損失特性を示す。図7および図8において、schematic2は本発明の実施の形態において、共振を使用した場合の各特性を示し(図4および図5と同じ)、schematic3は、本発明の実施の形態において共振を使用しない場合の各特性を示している。すなわち、インダクタ9による共振回路を使用した場合に、0.915GHzで−26.76dBであるのに対し、インダクタ9による共振回路を使用しない場合には、0.915GHzで−34.45dBとなり、アイソレーション特性が改善していることがわかる。
FIG. 6 shows a circuit diagram of the embodiment of the present invention at the time of transmission / reception of the GSM system. FIG. 7 shows the isolation characteristics between the first high-frequency input / output terminal A and the second high-frequency signal input / output terminal D (or the second high-frequency signal input / output terminals B and C), and FIG. The insertion loss characteristic between the signal input / output terminal A and the second high-frequency signal input / output terminal E is shown. 7 and 8, schematic 2 indicates each characteristic when resonance is used in the embodiment of the present invention (same as in FIGS. 4 and 5), and schematic 3 uses resonance in the embodiment of the present invention. Each characteristic is shown when not. That is, when the resonance circuit using the
図7のアイソレーション特性のシミュレーション結果に関して説明する。図1におけるスイッチ4をオン状態にし、スイッチ1〜3,5〜8をオフ状態にすることにより、インダクタ9へ高周波信号が漏洩しないようにする。これにより、PCSシステムの周波数帯域(送信Tx:1850〜1910MHz、受信Rx:1930〜1990MHz)における並列共振が行われなくなる。そのため、上記PCSシステムの送受信時におけるスイッチング動作(schematic2参照)と比較してGSMシステムの周波数帯域(送信Tx:880〜915MHz、受信Rx:925〜960MHz)におけるアイソレーション特性を改善させることが可能となる(schematic3参照)。
The simulation result of the isolation characteristic of FIG. 7 will be described. The high-frequency signal is prevented from leaking to the
図8の挿入損失特性のシミュレーション結果に関して説明する。上記のGSMシステムにおけるアイソレーション特性の改善により他経路への高周波信号の漏洩が減少する。このことから、上記PCSシステムの送受信時におけるスイッチング動作(schematic2参照)と比較してGSMシステムにおける挿入損失が減少することが確認された(schematic3参照)。すなわち、インダクタ9による共振回路を使用した場合に、0.915GHzで−0.7203dBであるのに対し、インダクタ9による共振回路を使用しない場合には、0.915GHzで−0.6929dBとなり、挿入損失が減少していることがわかる。
The simulation result of the insertion loss characteristic in FIG. 8 will be described. The improvement of the isolation characteristic in the GSM system described above reduces the leakage of high frequency signals to other paths. From this, it was confirmed that the insertion loss in the GSM system is reduced (see schematic 3) compared with the switching operation (see schematic 2) during transmission and reception of the PCS system. That is, when the resonance circuit using the
なお、第1の高周波信号入出力端子が複数の高周波信号入出力端子からなる際においても第1の高周波信号入出力端子が単一である場合と同様の効果が得られる。図9に示す実施の形態においては、符号A1,A2で示す二つの第1の高周波信号入出力端子は各々の端子に接続されたスイッチ30,31を介して共通化され、複数個の第2の高周波信号入出力端子B〜Eに対して直列に配置されたスイッチ1〜4と接続されている。
Even when the first high-frequency signal input / output terminal is composed of a plurality of high-frequency signal input / output terminals, the same effect as in the case where the first high-frequency signal input / output terminal is single can be obtained. In the embodiment shown in FIG. 9, the two first high-frequency signal input / output terminals indicated by reference numerals A1 and A2 are made common via
なお、図10に示すように上記本発明の高周波用スイッチ回路においては、インダクタを複数の誘電体層中に内蔵した積層体と、第1および第2のスイッチを構成し積層体上に配置されたチップ素子とで構成されることにより、複合一体化された形態をとることも可能である。図10において、符号51は本発明の回路中のスイッチ部を含むチップ素子、符号52は誘電体基板からなる誘電体層、符号53は誘電体基板上に形成されたスパイラルインダクタ、符号54は誘電体基板を電気的に接続するために設けられたスルーホールである。符号1に示すチップ素子とスパイラルインダクタとをボンディングワイヤ、スルーホールを用いて電気的に接続することにより本発明と同様の効果を得ることが可能である。
As shown in FIG. 10, in the above-described high-frequency switch circuit of the present invention, a laminated body in which an inductor is built in a plurality of dielectric layers, and first and second switches are configured and arranged on the laminated body. It is also possible to take a composite and integrated form by being constituted by the chip elements. In FIG. 10,
本発明にかかる高周波用スイッチ回路は、部品点数を減少させた上で先行技術2のようなアイソレーション特性を確保し、また複数の周波数帯において高いアイソレーション特性および低挿入損失特性を確保することができるという効果を有し、携帯電話端末などの移動体通信装置等として有用である。
The high-frequency switch circuit according to the present invention secures the isolation characteristics as in the
A 第1の高周波信号入出力端子
B〜E 第2の高周波信号出力端子
1〜4 第1のスイッチ
5〜8 第2のスイッチ
9 インダクタ
31,32 スイッチ
51 チップ素子
52 誘電体層
53 スパイラルインダクタ
54 スルーホール
A 1st high frequency signal input / output terminal B-E 2nd high frequency signal output terminal 1-4 1st switch 5-8
Claims (3)
少なくとも1個の第1の高周波信号入出力端子および複数個の第2の高周波信号入出力端子と、
前記少なくとも1個の第1の高周波信号入出力端子に一端がそれぞれ接続され、前記複数個の第2の高周波信号入出力端子に他端がそれぞれ接続された複数個の第1のスイッチと、
前記少なくとも1個の第1の高周波信号入出力端子に一端が接続されたインダクタと、
前記インダクタの他端に共通に一端が接続され前記複数個の第2の高周波信号入力端子にそれぞれ他端が接続された複数個の第2のスイッチとを備えた高周波用スイッチ回路。 A high frequency switch circuit that divides a plurality of transmission / reception signals having different pass frequency bands into each transmission / reception system,
At least one first high-frequency signal input / output terminal and a plurality of second high-frequency signal input / output terminals;
A plurality of first switches each having one end connected to the at least one first high-frequency signal input / output terminal and the other end connected to the plurality of second high-frequency signal input / output terminals;
An inductor having one end connected to the at least one first high-frequency signal input / output terminal;
A high-frequency switch circuit comprising: a plurality of second switches having one end connected in common to the other end of the inductor and the other end connected to the plurality of second high-frequency signal input terminals.
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