JP2006261279A - Semiconductor switch integrated circuit - Google Patents

Semiconductor switch integrated circuit Download PDF

Info

Publication number
JP2006261279A
JP2006261279A JP2005074626A JP2005074626A JP2006261279A JP 2006261279 A JP2006261279 A JP 2006261279A JP 2005074626 A JP2005074626 A JP 2005074626A JP 2005074626 A JP2005074626 A JP 2005074626A JP 2006261279 A JP2006261279 A JP 2006261279A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
switch
elements
frequency signal
esd
fet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2005074626A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4750435B2 (en
Inventor
Hiroyuki Yoshinaga
浩之 吉永
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
New Japan Radio Co Ltd
Original Assignee
New Japan Radio Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by New Japan Radio Co Ltd filed Critical New Japan Radio Co Ltd
Priority to JP2005074626A priority Critical patent/JP4750435B2/en
Publication of JP2006261279A publication Critical patent/JP2006261279A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4750435B2 publication Critical patent/JP4750435B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To effectively operate an ESD protection element without exerting any influence of the ESD protection element on high-frequency characterisitic. <P>SOLUTION: First and second separation switches 61 and 62 are provided between the gates of first and second switch FET elements 1 and 2 as a switch FET element for signal passage and a switch control circuit 102, respectively, and third and fourth separation switches 63 and 64 are provided between the gates of switch FET elements 3 and 4 for bypass and the switch control circuit 102. In non-operation state, the gates of the first to fourth switch FET elements 1 to 4 are electrically interrupted by the first to fourth separation switch 61 to 64 from the switch control circuit 102, and they get into an open state, permitting electric discharging of ESD surge by ESD protection elements 21 and 22. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、FET(電界効果トランジスタ)スイッチ素子を用いた半導体スイッチ集積回路に係り、特に、耐サージ性の向上を図ったものに関する。   The present invention relates to a semiconductor switch integrated circuit using a FET (Field Effect Transistor) switch element, and more particularly to a circuit that has improved surge resistance.

携帯電話端末のアンテナと無線機回路との間の送受信切り替えや、複数の周波数帯の送受信機と複数のアンテナ端子間の切り替えには半導体スイッチが用いられている。この半導体スイッチを構成するスイッチ素子としては、主としてPINダイオードを用いたものと、GaAsFETを用いたものがあり、前者は送信出力が大きいGSM(Global System for Mobile Communications)に、後者はGSMに比べて送信電力が比較的小さいPDC(Personal Digital Cellular)、PHS(Personl Handyphone System)、CDMA(Code Division Multiple Access)等の携帯端末に用いられている。   Semiconductor switches are used for transmission / reception switching between an antenna of a mobile phone terminal and a radio circuit, and switching between a transceiver of a plurality of frequency bands and a plurality of antenna terminals. As the switch elements constituting this semiconductor switch, there are mainly those using PIN diodes and those using GaAsFETs. The former is GSM (Global System for Mobile Communications) with a large transmission output, and the latter is compared with GSM. It is used for portable terminals such as PDC (Personal Digital Cellular), PHS (Personal Handyphone System), and CDMA (Code Division Multiple Access), which have relatively low transmission power.

上述のような携帯端末において、GaAsFETを用いた半導体スイッチは、複数のアンテナ端子、送受信機端子の切り替えのためのアンテナスイッチとして用いられるため、内部には複数のスイッチ素子が組み込まれると共に、各スイッチ素子を制御するためのデコーダ回路が組み込まれることもあり回路構成の複雑化の傾向が顕著である。
このようなGaAsFETを用いたアンテナスイッチでは、主にデプレッション型FETがスイッチ素子として用いられる。このデプレッション型FETを用いてスイッチを構成する方法としては主に以下に述べるように2種類の構成の方法がある。
In the portable terminal as described above, a semiconductor switch using GaAsFET is used as an antenna switch for switching between a plurality of antenna terminals and a transmitter / receiver terminal. A decoder circuit for controlling elements is sometimes incorporated, and the tendency of the circuit configuration to be complicated is remarkable.
In such an antenna switch using a GaAsFET, a depletion type FET is mainly used as a switch element. As a method of configuring a switch using the depletion type FET, there are two types of configuration methods as described below.

その内の1つは、高周波信号端子間にFETのドレインとソースを配置し、ゲート端子を制御端子として論理値Highに相当する電位にすることで、FETをオン状態にして高周波端子間を導通させる一方、ゲート端子を接地電位であるLow電位とすることでFETの遮断特性によってFETをオフ状態として、高周波端子間を遮断するように構成した直列型スイッチと称されるものがある。   One of them is that the FET drain and source are arranged between the high-frequency signal terminals, the gate terminal is set as a control terminal, and a potential corresponding to the logical value High is set, thereby turning on the FET and conducting between the high-frequency terminals. On the other hand, there is a type of switch called a series switch configured to shut off between high-frequency terminals by setting the gate terminal to a low potential which is a ground potential, thereby turning off the FET by the cutoff characteristic of the FET.

また、他の1つは、高周波信号端子と接地端子間にFETのドレインとソースを配置したもので、制御端子としてのゲート端子に論理値Highに相当する電位を印加することでFETをオン状態とし、高周波信号端子と接地端子を導通させることで高周波信号端子間を遮断状態とする一方、ゲート端子に論理値Lowに相当する電位を印加することでFETをオフ状態とし、高周波信号端子と接地端子間を遮断することで、高周波信号端子間を導通状態とするよう構成した並列スイッチと称されるものがある。   The other is that the drain and source of the FET are arranged between the high-frequency signal terminal and the ground terminal, and the FET is turned on by applying a potential corresponding to the logical value High to the gate terminal as the control terminal. The high-frequency signal terminal and the ground terminal are electrically connected to cut off the high-frequency signal terminal, while the FET is turned off by applying a potential corresponding to the logical value Low to the gate terminal, and the high-frequency signal terminal and the ground are grounded. There is what is called a parallel switch configured so as to bring the high-frequency signal terminals into a conductive state by interrupting the terminals.

アンテナスイッチを構成する場合には、これらを適宜併用することで、低挿入損失、高アイソレーションを有し、かつ、複雑な経路を切り替えることが可能となる。
アンテナスイッチは、複数のスイッチ素子を駆動するが、基本的には1つのスイッチ素子に対して1つの駆動信号が必要である。実際には、アンテナスイッチの外部からのスイッチ制御は、必要最低限の端子数で制御できるようにし、アンテナスイッチ内にデコーダ等の制御回路を設けて、外部から入力された制御信号を各スイッチ素子の制御に振り分ける構成を採ることが多い。
In the case of configuring an antenna switch, it is possible to switch a complicated path with low insertion loss and high isolation by appropriately using these together.
The antenna switch drives a plurality of switch elements, but basically one drive signal is required for one switch element. Actually, the switch control from the outside of the antenna switch can be controlled with the minimum number of terminals, a control circuit such as a decoder is provided in the antenna switch, and the control signal input from the outside is sent to each switch element. In many cases, the control is assigned to the control.

アンテナスイッチを携帯端末に用いる場合、携帯端末に用いられる種々の半導体素子の中では外部に晒される可能性が比較的高い。そのため、静電気放電(ESD:Electro Static Discharge)に対する耐性が高いことが要求される。
しかしながら、GaAsFET自体のESD耐性は必ずしも高くはない。特に、ゲート端子やオフ状態でのドレイン・ソース間は、デバイス構造にもよるが15Vから30V程度であり、低雑音素子などではこれよりも低い素子もある。
When an antenna switch is used in a mobile terminal, the possibility of being exposed to the outside is relatively high among various semiconductor elements used in the mobile terminal. For this reason, it is required to have high resistance against electrostatic discharge (ESD).
However, the ESD resistance of the GaAsFET itself is not necessarily high. In particular, the gate terminal and the drain-source between the off state are about 15 V to 30 V depending on the device structure, and some low noise elements have lower elements.

アンテナスイッチでは比較的高耐圧でゲート幅の大きいFETがスイッチ素子として用いられることが多く、また、線形性を向上させる観点から直列接続されて用いられる場合もあるので、ESD耐量という点では低雑音素子に比べれば一般的には高い耐性を有するが、必ずしも十分なものではなく、ESD耐性技術の向上が必要である。   In an antenna switch, a FET having a relatively high breakdown voltage and a large gate width is often used as a switch element. In addition, since it is sometimes used connected in series from the viewpoint of improving linearity, it is low noise in terms of ESD tolerance. In general, it has a high resistance compared to an element, but it is not always sufficient, and an ESD resistance technology needs to be improved.

アンテナスイッチの高周波信号端子におけるESD保護能力を高くするには、高周波信号端子と接地端子間にESD保護素子を設けることで実現できるが、次述するような問題を生ずる。
すなわち、ESD保護素子は、ESDサージが印加されない通常の動作時には高インピーダンスとなるように設計されるが、ESDによる大電流を放電させるという機能の特性上、素子サイズが大きいため、寄生容量が無視できない。かかる寄生容量は、高周波信号に対する不整合素子として作用し、挿入損失の増加、反射損失の増加を招く。このため、高周波信号端子にESD保護素子を接続する場合には寄生容量値はできる限り低いことが望ましい。
Increasing the ESD protection capability at the high-frequency signal terminal of the antenna switch can be realized by providing an ESD protection element between the high-frequency signal terminal and the ground terminal, but the following problems arise.
In other words, the ESD protection element is designed to have a high impedance during normal operation when no ESD surge is applied, but due to the characteristic of the function of discharging a large current due to ESD, the element size is large, so parasitic capacitance is ignored. Can not. Such parasitic capacitance acts as a mismatching element for high-frequency signals, leading to an increase in insertion loss and an increase in reflection loss. For this reason, when an ESD protection element is connected to the high-frequency signal terminal, the parasitic capacitance value is desirably as low as possible.

また、ESD保護素子は、歪みの発生源ともなる。低歪みが要求されるWCDMA、送信電力が大きなGSMではわずかな歪みの発生が問題となるため、厳しい規格が適用されている。
しかしながら、ESD保護と歪みの低減は、トレードオフの関係にあり、高周波信号端子にESD保護素子を用いた場合には、ESD保護と歪みの低減の双方を満足することは困難であった。
Further, the ESD protection element also becomes a source of distortion. In WCDMA requiring low distortion and GSM with large transmission power, the generation of slight distortion becomes a problem, so strict standards are applied.
However, there is a trade-off between ESD protection and distortion reduction. When an ESD protection element is used for a high-frequency signal terminal, it is difficult to satisfy both ESD protection and distortion reduction.

アンテナスイッチでは、既に述べたように、通常、ディプレッション型FETが用いられ、先に述べた並列型FETの接続端子側は直接接地せずに、大容量のキャパシタを用いて高周波的に短絡させる方法が用いられる。この場合、ESD保護素子を用いない場合には、高周波信号端子と接地端子間には放電経路が存在しないため、キャパシタの両端間にESD保護素子を付加する方法が考えられる。このような構成とした場合は、高周波信号に対してESD保護端子はほとんど影響を与えないので、歪み発生の問題は回避できる。   As described above, in the antenna switch, a depletion type FET is usually used, and the connection terminal side of the parallel type FET described above is not directly grounded but is short-circuited at high frequency using a large-capacitance capacitor. Is used. In this case, when the ESD protection element is not used, there is no discharge path between the high-frequency signal terminal and the ground terminal, so a method of adding an ESD protection element between both ends of the capacitor can be considered. In such a configuration, the ESD protection terminal hardly affects the high-frequency signal, so that the problem of distortion can be avoided.

この方法の場合、高周波信号端子とESD保護素子の間には、スイッチFET素子が直列に複数箇所に接続されていることになるため、ESD保護素子を有効に動作させるには、全てのスイッチ素子がオン状態、すなわち、導通状態にあることが不可欠となる。   In this method, since the switch FET elements are connected in series at a plurality of locations between the high-frequency signal terminal and the ESD protection element, all the switch elements are required to operate the ESD protection element effectively. Is in an on state, that is, in a conductive state.

図7には、上述のような構成を有するアンテナスイッチICの回路構成例が示されており、以下、同図を参照しつつこのアンテナスイッチICにおけるESD保護素子の使用に対する回路動作上の問題について説明する。
図7に示されたアンテナスイッチICは、単極双投スイッチ(以下、「SPDTスイッチ」と称す)としての機能を果たすものであり、第1のスイッチFET素子1は、第1の高周波信号端子51と第2の高周波信号端子52との間に直列接続され、第2のスイッチFET素子2は、第1の高周波信号端子51と第3の高周波信号端子53間に直列接続されたものとなっている。ここで、説明の便宜上、第1及び第2のスイッチFET素子1,2を”直列スイッチ素子”と称することとする。
FIG. 7 shows an example of the circuit configuration of the antenna switch IC having the above-described configuration. Hereinafter, with reference to FIG. 7, problems in circuit operation with respect to the use of the ESD protection element in the antenna switch IC are shown. explain.
The antenna switch IC shown in FIG. 7 functions as a single pole double throw switch (hereinafter referred to as “SPDT switch”), and the first switch FET element 1 has a first high-frequency signal terminal. 51 and the second high-frequency signal terminal 52 are connected in series, and the second switch FET element 2 is connected in series between the first high-frequency signal terminal 51 and the third high-frequency signal terminal 53. ing. Here, for convenience of explanation, the first and second switch FET elements 1 and 2 are referred to as “series switch elements”.

一方、第3のスイッチFET素子3は、第2の高周波信号端子52と接地間に第1のキャパシタ25を介して接続されており、また、第4のスイッチFET素子4は、第3の高周波信号端子53と接地間に第2のキャパシタ26を介して接続されている。ここで、説明の便宜上、第3及び第4のスイッチFET素子3,4を”並列スイッチ素子”と称することとする。   On the other hand, the third switch FET element 3 is connected between the second high-frequency signal terminal 52 and the ground via the first capacitor 25, and the fourth switch FET element 4 is connected to the third high-frequency signal terminal 52. The signal terminal 53 is connected to the ground via the second capacitor 26. Here, for convenience of explanation, the third and fourth switch FET elements 3 and 4 are referred to as “parallel switch elements”.

これら第1乃至第4のスイッチFET素子1〜4は、それぞれのゲートに、ゲート抵抗器41〜44を介してスイッチ制御回路102からの制御信号が印加されることで、その動作が制御できるようになっている。そして、スイッチ制御回路102は、外部からスイッチ制御回路用のスイッチ制御信号がスイッチ制御外部端子58へ入力され、このスイッチ制御信号に応じて、第1乃至第4のスイッチFET素子1〜4の駆動に必要な制御信号を出力するよう構成されたものとなっている。   These first to fourth switch FET elements 1 to 4 can be controlled in operation by applying a control signal from the switch control circuit 102 to the respective gates via the gate resistors 41 to 44. It has become. The switch control circuit 102 receives a switch control signal for the switch control circuit from the outside to the switch control external terminal 58, and drives the first to fourth switch FET elements 1 to 4 in accordance with the switch control signal. It is configured to output a control signal necessary for the operation.

なお、各スイッチFET素子1〜4を通過する高周波信号がスイッチ制御回路102内へ漏洩することによる誤動作の発生を防止するため、各ゲート抵抗器41〜44とスイッチ制御回路102の各々の接続点と接地間には、バイパスキャパシタ31〜34が接続されている。   In order to prevent malfunctions caused by leakage of high-frequency signals passing through the switch FET elements 1 to 4 into the switch control circuit 102, connection points between the gate resistors 41 to 44 and the switch control circuit 102. The bypass capacitors 31 to 34 are connected between the ground and the ground.

かかる構成において、第1乃至第4のスイッチFET素子1〜4は、ディプレッション型FETであるとする。
ディプレッション型FETは、ノーマリーオン型と称され、オン状態が実現し易い素子である。例えば、ゲート電極を開放状態とした場合に、ソース又はドレインにESDが印加されると、ゲート・ドレイン間、又は、ゲート・ソース間の容量を通じてゲート電位が上昇し、ドレイン又はソース電極よりも高電位となるので、必ずオン状態となる。
これを図7に示された回路で見ると、第1乃至第4のスイッチFET素子1〜4は、ESDサージの有力な放電経路となるので、第1乃至第4のスイッチFET素子1〜4自体が破壊に到ることは少なくなる。
なお、この種の半導体スイッチ回路としては、例えば、特許文献1や特許文献2に開示されたようなものが知られている。
In this configuration, it is assumed that the first to fourth switch FET elements 1 to 4 are depletion type FETs.
The depletion type FET is called a normally-on type, and is an element that can easily be turned on. For example, when ESD is applied to the source or drain when the gate electrode is in an open state, the gate potential rises through the capacitance between the gate and drain or between the gate and source, and is higher than that of the drain or source electrode. Since it becomes a potential, it is always turned on.
When this is seen in the circuit shown in FIG. 7, the first to fourth switch FET elements 1 to 4 are effective discharge paths for the ESD surge, and therefore the first to fourth switch FET elements 1 to 4 are used. It is less likely to destroy itself.
In addition, as this kind of semiconductor switch circuit, what was disclosed by patent document 1 or patent document 2 is known, for example.

特開2003−100893号公報(第5−9頁、図1−図9)JP 2003-100953 A (page 5-9, FIGS. 1 to 9) 特開2004−229075号公報(第4−8頁、図1−図7)JP 2004-229075 A (page 4-8, FIGS. 1 to 7)

ところが、図7に示されたようにアンテナスイッチIC内部にスイッチ制御回路102が設けられると、各スイッチFET素子1〜4のゲートがスイッチ制御回路102で終端されることとなる。この部分は、特に電圧が固定されているわけではないが、通常は低電位となる。それは、スイッチ制御回路102自体は小電流で動作させるため内部に使用される素子サイズが小さいためであり、したがって、通常、スイッチ制御回路102のESD耐量は低い。   However, when the switch control circuit 102 is provided inside the antenna switch IC as shown in FIG. 7, the gates of the switch FET elements 1 to 4 are terminated by the switch control circuit 102. This portion is not particularly fixed in voltage, but usually has a low potential. This is because the switch control circuit 102 itself operates with a small current, and thus the element size used inside is small, and therefore the ESD resistance of the switch control circuit 102 is usually low.

このため、スイッチ制御回路102には、通常、ESD保護素子が電源端子や入力端子等に付加されてESD耐性の向上が図られるが、保護素子にはクランプ電圧が生ずるため、スイッチ制御回路102はそのクランプ電圧で固定されることとなる。本願出願人によるシュミレーションによれば、このようなスイッチ制御回路102は、電位が固定された部位とみなすことができる。   For this reason, normally, an ESD protection element is added to the power supply terminal, the input terminal, etc. in the switch control circuit 102 to improve ESD resistance. However, since the protection element has a clamp voltage, the switch control circuit 102 It is fixed at the clamp voltage. According to the simulation by the applicant of the present application, such a switch control circuit 102 can be regarded as a portion where the potential is fixed.

また、図7に示された回路において、バイパスキャパシタ31〜34は、ESDサージが印加される前には充電されていないものとみなすことができるので、ESDサージが印加された場合には短絡素子として機能することとなる。
したがって、このようなことから、バイパスキャパシタ31〜34とスイッチ制御回路102は、各スイッチFET素子1〜4のゲートを接地電位、又は、これに近い低電位に固定する作用をなすものであると捉えることができる。
Further, in the circuit shown in FIG. 7, since the bypass capacitors 31 to 34 can be regarded as not being charged before the ESD surge is applied, the short-circuit element is applied when the ESD surge is applied. Will function as.
For this reason, the bypass capacitors 31 to 34 and the switch control circuit 102 have the function of fixing the gates of the switch FET elements 1 to 4 to the ground potential or a low potential close thereto. Can be caught.

このような回路において、高周波信号端子にESDが印加されると、第1乃至第4のスイッチFET素子1〜4がデプレッション型FETであってもオフ状態になってしまう。このためスイッチFET素子1〜4は、ESD放電経路として動作することができなくなり、結果としてFETの破壊電圧以上の電圧が端子間に印加され、遂には破壊に到ることとなる。
すなわち、スイッチ制御回路102を内蔵するアンテナスイッチICでは、スイッチFET素子が必ずしもオン状態にならず、オフ状態となる場合もあり、結果としてESD耐量の低下を招くという問題があった。
In such a circuit, when ESD is applied to the high-frequency signal terminal, the first to fourth switch FET elements 1 to 4 are turned off even if they are depletion type FETs. For this reason, the switch FET elements 1 to 4 cannot operate as an ESD discharge path, and as a result, a voltage higher than the breakdown voltage of the FET is applied between the terminals, and eventually the breakdown occurs.
That is, in the antenna switch IC incorporating the switch control circuit 102, the switch FET element is not necessarily turned on but may be turned off, resulting in a problem that the ESD tolerance is reduced.

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、ESD保護素子が高周波特性に影響を与えることなく、ESD保護特性の良好な半導体スイッチ集積回路を提供するものである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a semiconductor switch integrated circuit having good ESD protection characteristics without the ESD protection element affecting high frequency characteristics.

上記本発明の目的を達成するため、本発明に係る半導体スイッチ集積回路は、
複数の高周波信号端子を有し、当該複数の高周波信号端子間には、それぞれ信号通過用スイッチFET素子が少なくとも1つ接続される一方、前記信号通過用スイッチFET素子の端部にそれぞれ接続された高周波信号端子のいずれか一方と接地間に少なくとも1つのバイパス用スイッチFET素子が接続されると共に、前記信号通過用スイッチFET素子及び前記バイパス用スイッチFET素子の動作を制御する信号を出力し、前記複数の高周波信号端子の内、所望の高周波信号端子間を導通可能とするよう構成されてなるスイッチ制御回路を具備してなる半導体スイッチ集積回路であって、
前記信号通過用スイッチFET素子及び前記バイパス用スイッチFET素子のゲートと前記スイッチ制御回路との間に、非動作時における前記各々のゲートを開放状態とする分離スイッチを設け、
ESDサージ印加時に前記全ての信号通過用スイッチFET素子及びバイパス用スイッチFET素子を導通せしめ、ESD放電を可能としてなるものである。
In order to achieve the above object of the present invention, a semiconductor switch integrated circuit according to the present invention includes:
A plurality of high-frequency signal terminals are provided, and at least one signal-passing switch FET element is connected between the plurality of high-frequency signal terminals, and is connected to an end of the signal-passing switch FET element. At least one bypass switch FET element is connected between one of the high frequency signal terminals and the ground, and outputs a signal for controlling the operation of the signal passing switch FET element and the bypass switch FET element, A semiconductor switch integrated circuit comprising a switch control circuit configured to enable conduction between desired high frequency signal terminals among a plurality of high frequency signal terminals,
Provided between the gates of the signal passing switch FET element and the bypass switch FET element and the switch control circuit are separation switches that open the respective gates when not in operation,
When an ESD surge is applied, all the signal passing switch FET elements and the bypass switch FET elements are made conductive to enable ESD discharge.

本発明によれば、ESDサージが印加された場合に全ての信号通過用スイッチFET素子及びバイパス用スイッチFET素子が導通状態となるようにしたので、ESD保護素子を介して確実に放電が行われる一方、通常の動作の際には、ESD保護素子が回路動作に何ら影響を与えることがなく、高周波信号端子間の特性劣化が防止され、しかも、従来に比して少ないESD保護素子を用いて高いESD保護能力を有する半導体スイッチ集積回路を提供することができる。   According to the present invention, when an ESD surge is applied, all the signal passing switch FET elements and the bypass switch FET elements are made conductive, so that the discharge is reliably performed through the ESD protection element. On the other hand, during normal operation, the ESD protection element does not affect the circuit operation at all, the characteristic deterioration between the high frequency signal terminals is prevented, and the number of ESD protection elements is smaller than that of the conventional one. A semiconductor switch integrated circuit having high ESD protection capability can be provided.

以下、本発明の実施の形態について、図1乃至図6を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。また、図7に示された従来回路と同一の構成要素については、同一の符号を付すこととする。
最初に、本発明の実施の形態における半導体スイッチ集積回路の基本構成例について、図1を参照しつつ説明する。
本発明の実施の形態における半導体スイッチ集積回路は、スイッチ部101とスイッチ制御回路102とに大別されて構成されたものとなっており、スイッチ部101は、単極双投スイッチ(SPDTスイッチ)が構成された例となっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6.
The members and arrangements described below do not limit the present invention and can be variously modified within the scope of the gist of the present invention. The same components as those in the conventional circuit shown in FIG.
First, a basic configuration example of a semiconductor switch integrated circuit according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The semiconductor switch integrated circuit according to the embodiment of the present invention is roughly divided into a switch unit 101 and a switch control circuit 102. The switch unit 101 is a single pole double throw switch (SPDT switch). Is an example configured.

そして、スイッチ部101は、第1乃至第4のスイッチFET素子1〜4と第1乃至第4の分離スイッチ61〜64とを主たる構成要素としてなり、第1の高周波信号端子51と第2又は第3の高周波信号端子52,53との接続が可能に構成されたものとなっている。
第1乃至第4のスイッチFET素子1〜4は、具体的にはディプレッション型FET(電界効果トランジスタ)が用いられている。
The switch unit 101 includes the first to fourth switch FET elements 1 to 4 and the first to fourth separation switches 61 to 64 as main components, and the first high-frequency signal terminal 51 and the second or The third high-frequency signal terminals 52 and 53 can be connected.
As the first to fourth switch FET elements 1 to 4, specifically, depletion type FETs (field effect transistors) are used.

信号通過用スイッチFET素子としての第1及び第2のスイッチFET素子1,2のドレイン(又はソース)は共に第1の高周波信号端子51に接続される一方、第1のスイッチFET素子のソース(又はドレイン)は第2の高周波信号端子52に、また、第2のスイッチFET素子2のソース(又はドレイン)は第3の高周波信号端子53に、それぞれ接続されている。なお、説明の便宜上、第1及び第2のスイッチFET素子1,2を”直列スイッチ素子”と称することとする。   The drains (or sources) of the first and second switch FET elements 1 and 2 as signal passing switch FET elements are both connected to the first high-frequency signal terminal 51, while the source of the first switch FET element ( (Or drain) is connected to the second high-frequency signal terminal 52, and the source (or drain) of the second switch FET element 2 is connected to the third high-frequency signal terminal 53. For convenience of explanation, the first and second switch FET elements 1 and 2 are referred to as “series switch elements”.

また、バイパス用スイッチFET素子としての第3のスイッチFET素子3は、そのドレイン(又はソース)が第2の高周波信号端子52に接続される一方、ソース(又はドレイン)と接地側との間には、第1のキャパシタ25と第1のESD保護素子21が並列接続されている。
さらに、バイパス用スイッチFET素子としての第4のスイッチFET素子4は、そのドレイン(又はソース)が第3の高周波信号端子53に接続される一方、ソース(又はドレイン)と接地側との間には、第2のキャパシタ26と第2のESD保護素子22が並列接続されている。なお、説明の便宜上、第3及び第4のスイッチFET素子3,4を”並列スイッチ素子”と称することとする。
Further, the third switch FET element 3 as the bypass switch FET element has its drain (or source) connected to the second high-frequency signal terminal 52, and between the source (or drain) and the ground side. The first capacitor 25 and the first ESD protection element 21 are connected in parallel.
Further, the fourth switch FET element 4 as the bypass switch FET element has its drain (or source) connected to the third high-frequency signal terminal 53, and between the source (or drain) and the ground side. The second capacitor 26 and the second ESD protection element 22 are connected in parallel. For convenience of explanation, the third and fourth switch FET elements 3 and 4 are referred to as “parallel switch elements”.

またさらに、第1乃至第4のスイッチFET素子1〜4の各々のゲートと、これら第1乃至第4のスイッチFET素子1〜4のゲートへの制御信号が出力されるスイッチ制御回路102の第1乃至第4の制御信号端子54a〜54dとの間には、第1、第2、第3及び第4の分離スイッチ61、62、63、64が、それぞれ設けられている。そして、これら第1乃至第4の分離スイッチ61〜64の所定の箇所には、スイッチ制御回路102からの電源電圧が、スイッチ制御回路102に設けられた内部電源端子55から印加されるようになっている。   Still further, the first of the first to fourth switch FET elements 1 to 4 and the switch control circuit 102 that outputs control signals to the gates of the first to fourth switch FET elements 1 to 4 are output. Between the 1st thru | or 4th control signal terminals 54a-54d, the 1st, 2nd, 3rd and 4th isolation | separation switch 61, 62, 63, 64 is each provided. The power supply voltage from the switch control circuit 102 is applied to predetermined locations of the first to fourth separation switches 61 to 64 from an internal power supply terminal 55 provided in the switch control circuit 102. ing.

スイッチ制御回路102は、外部接地端子56を介して接地される一方、スイッチ外部電源端子57を介して外部から所定の電源電圧が印加されるようになっている。また、スイッチ制御外部端子58には、図示されない外部の回路から所定の制御電圧が印加され、その制御電圧に応じて、第1乃至第4の制御信号端子54a〜54dへ第1乃至第4のスイッチFET素子1〜4を、オン状態、又は、オフ状態とするための制御信号が出力されるようになっている。   The switch control circuit 102 is grounded via an external ground terminal 56, while a predetermined power supply voltage is applied from the outside via a switch external power supply terminal 57. A predetermined control voltage is applied to the switch control external terminal 58 from an external circuit (not shown), and the first to fourth control signal terminals 54a to 54d are supplied to the first to fourth control signal terminals 54a to 54d according to the control voltage. A control signal for turning on or off the switch FET elements 1 to 4 is output.

かかる構成において、高周波信号スイッチとしての動作は、この種の公知・周知のスイッチと基本的に変わるところはなく、以下、概括的に説明すれば、スイッチ制御回路102のスイッチ制御外部端子58には、所望する高周波信号経路、すなわち、第1乃至第3の高周波信号端子51〜53の内、導通状態としたい端子間に応じた制御電圧が印加される。そして、その制御電圧の論理状態に応じて、第1乃至第4の制御信号端子54a〜54dへ制御信号が出力され、その結果、所望する高周波信号端子間が導通状態とされ高周波信号経路が形成されることとなる。   In such a configuration, the operation as a high-frequency signal switch is basically the same as this kind of known and well-known switch, and generally described below, the switch control external terminal 58 of the switch control circuit 102 is connected to the switch control external terminal 58. Then, a control voltage corresponding to a desired high-frequency signal path, that is, between the first to third high-frequency signal terminals 51 to 53 to be brought into a conductive state is applied. Then, a control signal is output to the first to fourth control signal terminals 54a to 54d in accordance with the logic state of the control voltage, and as a result, the desired high frequency signal terminals are made conductive and a high frequency signal path is formed. Will be.

次に、かかる構成の半導体スイッチ集積回路におけるESD保護機能について説明する。
通常、ESD保護は、回路が個別部品として扱われている状態での問題、すなわち、換言すれば、半導体スイッチ集積回路に電源電圧が印加されておらず、かつ、第1乃至第3の高周波信号端子51〜53が開放状態での問題であるので、以下の説明においては、集積半導体回路がそのような状態にあるものとする。
Next, an ESD protection function in the semiconductor switch integrated circuit having such a configuration will be described.
Usually, ESD protection is a problem in a state where the circuit is handled as an individual component, that is, no power supply voltage is applied to the semiconductor switch integrated circuit, and the first to third high-frequency signals are applied. Since the problem occurs when the terminals 51 to 53 are open, in the following description, it is assumed that the integrated semiconductor circuit is in such a state.

かかる状態にあって、第1の高周波信号端子51と外部接地端子56との間に、第1の高周波信号端子51側を正極性とするESDサージが印加されたとする。
スイッチ制御回路102には、電源電圧が印加されていないため、内部電源端子55にも電圧は生じないので、接地電位と同電位となる。このため、第1乃至第4の分離スイッチ61〜64のゲートも接地電位となり、第1乃至第4の分離スイッチ61〜64はオフ状態となる。
かかる状態は、第1乃至第4のスイッチFET素子1〜4のゲート側から第1乃至第4の分離スイッチ61〜64を見た場合、開放状態に等価である。
In this state, it is assumed that an ESD surge having a positive polarity on the first high-frequency signal terminal 51 side is applied between the first high-frequency signal terminal 51 and the external ground terminal 56.
Since no power supply voltage is applied to the switch control circuit 102, no voltage is generated at the internal power supply terminal 55, so that the switch control circuit 102 has the same potential as the ground potential. For this reason, the gates of the first to fourth separation switches 61 to 64 are also at the ground potential, and the first to fourth separation switches 61 to 64 are turned off.
This state is equivalent to the open state when the first to fourth separation switches 61 to 64 are viewed from the gate side of the first to fourth switch FET elements 1 to 4.

そして、第1の高周波信号端子51は、正極性のESDが印加されることにより、電位が急激に正極側で上昇してゆき、第1のスイッチFET素子1のドレイン(又はソース)及び第2のスイッチFET素子2ドレイン(又はソース)の電位は正極側で増大してゆく。
それによって第1のスイッチFET素子1においては、ドレイン(又はソース)とゲート間及びゲートとソース(又はドレイン)間の静電容量によってゲート電位の上昇を招くこととなる。
The first high-frequency signal terminal 51 has its potential suddenly increased on the positive electrode side by applying positive ESD, and the first switch FET element 1 has a drain (or source) and a second one. The potential of the drain (or source) of the switch FET element 2 increases on the positive electrode side.
Accordingly, in the first switch FET element 1, the gate potential is increased due to the capacitance between the drain (or source) and the gate and between the gate and the source (or drain).

すると第1のスイッチFET素子1は、ソース(又はドレイン)電位よりもゲート電位が高い状態になるので、第1のスイッチFET素子1はオン状態となり、ドレイン(又はソース)とソース(又はドレイン)の電位はほぼ同電位となる。同様にして、第2のスイッチFET素子2もオン状態となる。
これは、並列スイッチ素子である第3及び第4のスイッチFET素子3,4においても同様であり、結局、全てのスイッチFET素子1〜4がオン状態となる。
Then, since the gate potential of the first switch FET element 1 is higher than the source (or drain) potential, the first switch FET element 1 is turned on, and the drain (or source) and the source (or drain) are turned on. Are substantially the same potential. Similarly, the second switch FET element 2 is also turned on.
The same applies to the third and fourth switch FET elements 3 and 4 that are parallel switch elements. After all, all the switch FET elements 1 to 4 are turned on.

その結果、第1の高周波信号端子51に印加されたESDは、2つの経路に分かれ、第3のスイッチFET素子3のソース(又はドレイン)及び第4のスイッチFET素子4のソース(又はドレイン)にそのまま現れることとなるが、それぞれESD保護素子21,22が接続されているため、この部分での電位がESD保護素子21,22の動作電圧を超えると、ESD保護素子21,22は急激に導通状態となり、放電が行われる。
このため、第1の高周波信号端子51における電位は、ESD保護素子21,22のクランプ電圧に対してわずかに高い電圧で保持されることとなる。
As a result, the ESD applied to the first high-frequency signal terminal 51 is divided into two paths, the source (or drain) of the third switch FET element 3 and the source (or drain) of the fourth switch FET element 4. However, since the ESD protection elements 21 and 22 are connected to each other, if the potential at this part exceeds the operating voltage of the ESD protection elements 21 and 22, A conductive state is established and discharging is performed.
For this reason, the potential at the first high-frequency signal terminal 51 is held at a voltage slightly higher than the clamp voltage of the ESD protection elements 21 and 22.

ここで、ESD保護素子21,22のクランプ電圧は、第1乃至第4のスイッチFET素子1〜4並びに第1及び第2のキャパシタ25,26の破壊電圧に対して低くなるように設定しておけば、半導体スイッチ集積回路はESDにより破壊されることはない。   Here, the clamp voltage of the ESD protection elements 21 and 22 is set to be lower than the breakdown voltage of the first to fourth switch FET elements 1 to 4 and the first and second capacitors 25 and 26. In this case, the semiconductor switch integrated circuit is not destroyed by ESD.

次に、第1の高周波信号端子51に負極性のESDサージが印加された場合について説明する。
第1乃至第4のスイッチFET素子1〜4のゲート電位に関しては、前述した正極性のESDサージが印加された場合と同様である。
第1の高周波信号端子51に、負のESDサージが印加されると、第1のスイッチFET素子1のドレイン(又はソース)電位は、接地電位よりも低下する。これに対して第1のスイッチFET素子1のゲート電位は、接地電位であるにも関わらす、相対的にはドレイン(又はソース)の電位よりも高くなるので、結局、第1のスイッチFET素子1はオン状態となる。これは、他の第2乃至第4のスイッチFET素子2〜4においても同様であり、結局、第1乃至第4のスイッチFET素子1〜4は全てオン状態となる。すると、第1の高周波信号端子51に印加されたESDサージは、第3のスイッチFET素子3のソース(又はドレイン)及び第4のスイッチFET素子4のソース(又はドレイン)に現れることとなる。
Next, a case where a negative ESD surge is applied to the first high-frequency signal terminal 51 will be described.
The gate potentials of the first to fourth switch FET elements 1 to 4 are the same as those when the positive ESD surge described above is applied.
When a negative ESD surge is applied to the first high-frequency signal terminal 51, the drain (or source) potential of the first switch FET element 1 is lower than the ground potential. On the other hand, the gate potential of the first switch FET element 1 is relatively higher than the drain (or source) potential even though it is the ground potential. 1 is turned on. The same applies to the other second to fourth switch FET elements 2 to 4, and all of the first to fourth switch FET elements 1 to 4 are turned on after all. Then, the ESD surge applied to the first high-frequency signal terminal 51 appears at the source (or drain) of the third switch FET element 3 and the source (or drain) of the fourth switch FET element 4.

第3及び第4のスイッチFET素子3,4のソース(又はドレイン)には、ESD保護素子21,22が接続されているので、この部分の電位がESD保護素子21,22の負の動作電圧Vrに達すると、ESD保護素子21,22は導通状態となり、放電が行われる。
したがって、第1の高周波信号端子51の電位は、ESD保護素子21,22のクランプ電圧よりわずかに高い電位に保持されることとなる。
Since the ESD protection elements 21 and 22 are connected to the sources (or drains) of the third and fourth switch FET elements 3 and 4, the potential of this portion is a negative operating voltage of the ESD protection elements 21 and 22. When the voltage reaches Vr, the ESD protection elements 21 and 22 become conductive and discharge is performed.
Therefore, the potential of the first high-frequency signal terminal 51 is held at a potential slightly higher than the clamp voltage of the ESD protection elements 21 and 22.

このため、ESD保護素子21,22のクランプ電圧を第1乃至第4のスイッチFET素子1〜4、第1及び第2のキャパシタ25,26の破壊電圧に対して低く設定しておけば、半導体スイッチ集積回路はESDにより破壊されることなない。
なお、上述したESDに対する保護動作は、第2及び第3の高周波信号端子52,53にESDサージが印加された場合であっても基本的に同様である。
このように本発明の実施の形態における半導体スイッチ集積回路は正極性及び負極性のいずれのESDサージに対しても十分な保護機能を発揮するものとなっている。
Therefore, if the clamp voltage of the ESD protection elements 21 and 22 is set lower than the breakdown voltage of the first to fourth switch FET elements 1 to 4 and the first and second capacitors 25 and 26, the semiconductor The switch integrated circuit is not destroyed by ESD.
The above-described ESD protection operation is basically the same even when an ESD surge is applied to the second and third high-frequency signal terminals 52 and 53.
As described above, the semiconductor switch integrated circuit according to the embodiment of the present invention exhibits a sufficient protection function against both positive and negative ESD surges.

次に、上述の基本構成例に基づいたより具体的な回路構成例について図2を参照しつつ説明する。なお、図1に示された構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略し、以下、異なる点を中心に説明する。
この具体回路構成例は、特に、先の図1に示された基本回路構成における第1乃至第4の分離スイッチ61〜64のより具体的な回路例が示されたもので、以下、第1乃至第4の分離スイッチ61〜64の構成及びその周辺部分との接続について説明することとする。
Next, a more specific circuit configuration example based on the above-described basic configuration example will be described with reference to FIG. The same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Hereinafter, different points will be mainly described.
This specific circuit configuration example is a specific circuit example of the first to fourth separation switches 61 to 64 in the basic circuit configuration shown in FIG. The configuration of the fourth to fourth separation switches 61 to 64 and the connection with the peripheral portions will be described.

まず、第1乃至第4の分離スイッチ61〜64は、いずれも同一の回路構成を有してなるもので、ここでは、第1の分離スイッチ61の構成を説明し、この説明を以て第2乃至第4の分離スイッチ62〜64の構成の説明に代えることとする。なお、図2においては、第1の分離スイッチ61の構成要素に対応する第2乃至第4の分離スイッチ62〜64の構成要素についてそれぞれ符号を付すこととする。   First, the first to fourth separation switches 61 to 64 all have the same circuit configuration. Here, the configuration of the first separation switch 61 will be described, and the second to fourth separation switches will be described. The description of the configuration of the fourth separation switches 62 to 64 will be replaced. In FIG. 2, the components of the second to fourth separation switches 62 to 64 corresponding to the components of the first separation switch 61 are denoted by reference numerals, respectively.

第1の分離スイッチ61は第1のゲートスイッチFET5と第1のダイオード11とから構成されたものとなっている。ここで、第1のゲートスイッチFET5は、エンハンスメント型FETが好適であるが、スイッチ制御回路102の内部電源端子55からの印加電圧を考慮することでディプレッション型FETを用いることも可能である。
第1のゲートスイッチFET5のドレイン(又はソース)は第1のゲート抵抗器41を介して第1のスイッチFET素子1のゲートに接続されると共に、第1のゲートスイッチFET5と第1のゲート抵抗器41との接続点は第1のバイパスキャシタ31を介して接地されている。
The first separation switch 61 is composed of a first gate switch FET 5 and a first diode 11. Here, an enhancement type FET is suitable for the first gate switch FET 5, but a depletion type FET can also be used in consideration of an applied voltage from the internal power supply terminal 55 of the switch control circuit 102.
The drain (or source) of the first gate switch FET5 is connected to the gate of the first switch FET element 1 through the first gate resistor 41, and the first gate switch FET5 and the first gate resistance. The connection point with the device 41 is grounded via the first bypass capacitor 31.

また、第1のゲートスイッチFET5のソース(又はドレイン)はスイッチ制御回路102の第1の制御信号端子54aに接続される一方、ゲートは、分離スイッチ用第1のゲート抵抗器45を介してスイッチ制御回路102の内部電源端子55に接続されている。   The source (or drain) of the first gate switch FET5 is connected to the first control signal terminal 54a of the switch control circuit 102, while the gate is switched via the first gate resistor 45 for the separation switch. It is connected to the internal power supply terminal 55 of the control circuit 102.

同様に、第2の分離スイッチ62を構成する第2のゲートスイッチFET6のドレイン(又はソース)は、第2のゲート抵抗器42を介して第2のスイッチFET素子2のゲートに接続されると共に、第2のバイパスキャパシタ32を介して接地されている。
また、第2のゲートスイッチFET6のソース(又はドレイン)は第2の制御信号端子54bに接続される一方、ゲートは、分離スイッチ用第2のゲート抵抗器46を介してスイッチ制御回路102の内部電源端子55に接続されている。
Similarly, the drain (or source) of the second gate switch FET 6 constituting the second isolation switch 62 is connected to the gate of the second switch FET element 2 via the second gate resistor 42. The second bypass capacitor 32 is grounded.
The source (or drain) of the second gate switch FET6 is connected to the second control signal terminal 54b, while the gate is connected to the inside of the switch control circuit 102 via the second gate resistor 46 for separation switch. The power supply terminal 55 is connected.

第3の分離スイッチ63を構成する第3のゲートスイッチFET7のドレイ(又はソース)は、第3のゲート抵抗器43を介して第3のスイッチFET素子3のゲートに接続されると共に、第3のバイパスキャパシタ33を介して接地されている。
また、第3のゲートスイッチFET7のソース(又はドレイン)は第3の制御信号端子54cに接続される一方、ゲートは、分離スイッチ用第3のゲート抵抗器47を介してスイッチ制御回路102の内部電源端子55に接続されている。
The drain (or source) of the third gate switch FET7 constituting the third isolation switch 63 is connected to the gate of the third switch FET element 3 via the third gate resistor 43, and the third Are grounded via a bypass capacitor 33.
The source (or drain) of the third gate switch FET7 is connected to the third control signal terminal 54c, while the gate is connected to the inside of the switch control circuit 102 via the third gate resistor 47 for separation switch. The power supply terminal 55 is connected.

第4の分離スイッチ64を構成する第4のゲートスイッチFET8のドレイン(又はソース)は、第4のゲート抵抗器44を介して第4のスイッチFET素子4のゲートに接続されると共に、第4のバイパスキャパシタ34を介して接地されている。
また、第4のゲートスイッチFET8のソース(又はドレイン)は第4の制御信号端子54dに接続される一方、ゲートは、分離スイッチ用第4のゲート抵抗器48を介してスイッチ制御回路102の内部電源端子55に接続されている。
The drain (or source) of the fourth gate switch FET 8 constituting the fourth isolation switch 64 is connected to the gate of the fourth switch FET element 4 via the fourth gate resistor 44, and the fourth Are grounded via a bypass capacitor 34.
The source (or drain) of the fourth gate switch FET8 is connected to the fourth control signal terminal 54d, while the gate is connected to the inside of the switch control circuit 102 via the separation switch fourth gate resistor 48. The power supply terminal 55 is connected.

なお、上記構成において、第1乃至第4のゲート抵抗器41〜44及び第1乃至第4のバイパスキャパシタ31〜34は、高周波信号の分離を目的とするものであって、ESD保護機能を果たすものではない。   In the above configuration, the first to fourth gate resistors 41 to 44 and the first to fourth bypass capacitors 31 to 34 are for the purpose of separating high-frequency signals and fulfill an ESD protection function. It is not a thing.

かかる構成における高周波スイッチとしての動作は、図1に示された基本回路構成例と異なるところは無く、一般のこの種の高周波スイッチと同一であるので、ここでの再度の説明は省略する。
また、ESD保護動作についても図1に示された基本回路構成例で説明したと同様であるので、ここでは、概括的な説明に留めることとする。
なお、ESD保護動作を考えるに際しての前提条件は、先の図1の基本回路構成例で説明したと同一であるとする。
The operation as a high-frequency switch in such a configuration is not different from the basic circuit configuration example shown in FIG. 1 and is the same as that of a general high-frequency switch of this type, and therefore the description thereof is omitted here.
Further, since the ESD protection operation is the same as that described in the basic circuit configuration example shown in FIG. 1, only a general description will be given here.
It is assumed that the preconditions for considering the ESD protection operation are the same as those described in the basic circuit configuration example in FIG.

まず、第1の高周波信号端子51に正極性のESDが印加された場合、第1乃至第4のスイッチFET素子1〜4は、そのゲートが第1乃至第4の分離スイッチ61〜64のオフ状態により開放状態とされるため、全てオン状態となる。
そして、第3及び第4のスイッチFET素子3,4のソース(又はドレイン)にESDがそのまま現れる結果、ESDがそれぞれのソースに接続されているESD保護素子21,22の動作電圧Vtを越えた際に、ESD保護素子21,22が急激に導通状態になり、放電が行われることとなる。
First, when positive ESD is applied to the first high-frequency signal terminal 51, the gates of the first to fourth switch FET elements 1 to 4 are off of the first to fourth separation switches 61 to 64. Since it is opened according to the state, all are turned on.
Then, as a result of ESD appearing as it is at the sources (or drains) of the third and fourth switch FET elements 3 and 4, ESD exceeds the operating voltage Vt of the ESD protection elements 21 and 22 connected to the respective sources. At this time, the ESD protection elements 21 and 22 suddenly become conductive, and discharge is performed.

一方、第1の高周波信号端子51に負極性のESDが印加された場合、第1乃至第4のスイッチFET素子1〜4のゲートがドレイン(又はソース)に対して相対的に高い電位となることにより、正極性のESDが印加された場合同様に第1乃至第4のスイッチFET素子1〜4が全てオン状態となる。その結果、正極性のESDが印加された場合と同様にして、第3及び第4のスイッチFET素子3,4のソース(又はドレイン)電圧がESD保護素子21,22の動作電圧Vtを越えた際に、ESD保護素子21,22が急激に導通状態になり、放電が行われることとなる。   On the other hand, when negative ESD is applied to the first high-frequency signal terminal 51, the gates of the first to fourth switch FET elements 1 to 4 have a relatively high potential with respect to the drain (or source). As a result, when the positive ESD is applied, the first to fourth switch FET elements 1 to 4 are all turned on. As a result, the source (or drain) voltage of the third and fourth switch FET elements 3 and 4 exceeded the operating voltage Vt of the ESD protection elements 21 and 22 in the same manner as when positive ESD was applied. At this time, the ESD protection elements 21 and 22 suddenly become conductive, and discharge is performed.

このように本発明の実施の形態における半導体スイッチ集積回路の特徴的な点は、スイッチ制御回路102と第1乃至第4のスイッチFET素子1〜4との間に第1乃至第4の分離スイッチ61〜64が設けられた構成とされていることにあるが、この第1乃至第4の分離スイッチ61〜64が無い場合には次述するような状態となる。   As described above, the characteristic feature of the semiconductor switch integrated circuit according to the embodiment of the present invention is that the first to fourth separation switches are provided between the switch control circuit 102 and the first to fourth switch FET elements 1 to 4. 61 to 64 are provided, but when the first to fourth separation switches 61 to 64 are not provided, the following state is obtained.

まず、第1乃至第4の分離スイッチ61〜64が無い場合、第1乃至第4のスイッチFET素子1〜4のゲートは、ESD印加時においても接地電位に固定された状態となる。第1の高周波信号端子51の電位が正極側で増加してゆくと、第1のスイッチFET素子1においては、オフ状態であっても、ドレイン・ソース間のリーク電流によってドレインの電位はソースに伝えられ、増加してゆくこととなる。このとき第1のスイッチFET素子1のゲートは接地電位に保たれるため、第1のスイッチFET素子1はオフ状態が維持されることとなる。   First, when the first to fourth separation switches 61 to 64 are not provided, the gates of the first to fourth switch FET elements 1 to 4 are fixed to the ground potential even when ESD is applied. When the potential of the first high-frequency signal terminal 51 increases on the positive electrode side, even if the first switch FET element 1 is in the off state, the drain potential becomes the source due to the leak current between the drain and the source. It will be reported and will increase. At this time, since the gate of the first switch FET element 1 is maintained at the ground potential, the first switch FET element 1 is maintained in the OFF state.

これは、他の第2乃至第4のスイッチFET素子2〜4においても同様であり、結局、第1乃至第4のスイッチFET素子1〜4の全てがオフ状態となる。したがって、第1乃至第4の分離スイッチ61〜64が設けられた場合と異なり、第3及び第4のスイッチFET素子3,4のソース電位がESD保護素子21,22の動作電位Vtを越えることによるESD保護素子21,22の動作がなされず、ESD印加電圧が、第3及び第4のスイッチFET素子3,4にそのまま印加されるため、ESDサージ電圧の大きさによっては、これら第3および第4のスイッチFET素子3,4が破壊されることとなる。   The same applies to the other second to fourth switch FET elements 2 to 4, and all of the first to fourth switch FET elements 1 to 4 are eventually turned off. Therefore, unlike the case where the first to fourth separation switches 61 to 64 are provided, the source potential of the third and fourth switch FET elements 3 and 4 exceeds the operating potential Vt of the ESD protection elements 21 and 22. The ESD protection elements 21 and 22 are not operated, and the ESD applied voltage is applied to the third and fourth switch FET elements 3 and 4 as they are. Depending on the magnitude of the ESD surge voltage, The fourth switch FET elements 3 and 4 are destroyed.

一方、第1乃至第4の分離スイッチ61〜64が無い場合において、負極性のESDが第1の高周波信号端子51に印加された場合には、第1乃至第4の分離スイッチ61〜64の有無に関わらず、第1乃至第4のスイッチFET素子1〜4はオン状態となり、この点に関しては、第1乃至第4の分離スイッチ61〜64の有無による差は無い。しかしながら、ESD保護は、正極性、負極性の双方で耐性が無ければ本来的な意味は無い。このため、第1乃至第4の分離スイッチ61〜64を用いない場合には、特に、正極性のESD印加時におけるESD耐性が低下することとなる。   On the other hand, in the case where the first to fourth separation switches 61 to 64 are not provided and the negative ESD is applied to the first high-frequency signal terminal 51, the first to fourth separation switches 61 to 64 are switched. Regardless of the presence or absence, the first to fourth switch FET elements 1 to 4 are turned on, and there is no difference in this point depending on the presence or absence of the first to fourth separation switches 61 to 64. However, ESD protection has no intrinsic meaning unless it has both positive and negative polarities. For this reason, when the first to fourth separation switches 61 to 64 are not used, the ESD tolerance particularly when positive polarity ESD is applied is lowered.

本発明の実施の形態における半導体スイッチ集積回路は、3つの高周波信号端子51〜53を有しており、高周波信号端子に直接ESD保護素子を接続する構成の従来回路であれば、3個のESD保護素子が必要となるところ、本発明の場合には、2個のESD保護素子でESD保護が実現できるものとなっている。しかも、本発明の実施の形態における半導体スイッチ集積回路のESD保護素子21,22は、高周波信号に対する歪み特性の劣化を生ずることなく、かつ、ESD保護素子21,22の静電容量も問題とならない箇所に設けられており、しかも、特別な仕様のESD保護素子である必要がないものである。   The semiconductor switch integrated circuit according to the embodiment of the present invention has three high-frequency signal terminals 51 to 53. If the conventional circuit has a configuration in which an ESD protection element is directly connected to the high-frequency signal terminal, three ESDs are provided. Where a protection element is required, in the case of the present invention, ESD protection can be realized by two ESD protection elements. In addition, the ESD protection elements 21 and 22 of the semiconductor switch integrated circuit according to the embodiment of the present invention do not cause deterioration of distortion characteristics with respect to high-frequency signals, and the capacitance of the ESD protection elements 21 and 22 does not matter. In addition, it is not necessary to be an ESD protection element having a special specification.

次に、本発明の実施の形態における半導体スイッチ集積回路の内、図2に示された構成の半導体スイッチ集積回路のESD保護試験例について同様の従来回路における試験例と共に図3乃至図6を参照しつつ説明する。
最初に、図3に示された試験例について説明すれば、同図は、ESDサージとしてMM(Machine Model)+200Vのサージを第1の高周波信号端子51と接地間に印加した場合における第1の高周波信号端子51における端子電圧変化を示すものである。同図において、実線の特性線が本発明の実施の形態における半導体スイッチ集積回路の特性を示し、点線は同様な試験に対する従来回路での変化特性を示している。なお、従来回路は、図2に示された本発明の実施の形態における回路構成例の第1乃至第4の分離スイッチ61〜64を有しない構成であるとし、これは、以下、他の試験例でも同様である。
Next, the ESD protection test example of the semiconductor switch integrated circuit having the configuration shown in FIG. 2 in the semiconductor switch integrated circuit according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. However, it will be explained.
First, the test example shown in FIG. 3 will be described. In FIG. 3, the first example is a case where a surge of MM (Machine Model) +200 V is applied as an ESD surge between the first high-frequency signal terminal 51 and the ground. The terminal voltage change in the high frequency signal terminal 51 is shown. In the figure, the solid characteristic line indicates the characteristic of the semiconductor switch integrated circuit in the embodiment of the present invention, and the dotted line indicates the change characteristic in the conventional circuit for the same test. It is assumed that the conventional circuit does not have the first to fourth separation switches 61 to 64 in the circuit configuration example shown in FIG. 2 according to the embodiment of the present invention. The same applies to the examples.

この試験結果によれば、従来回路ではサージ印加後、大凡30ns後に端子電圧(第1の高周波信号端子51の電圧に相当)は約130Vに達しているのに対して、本発明の実施の形態における半導体スイッチ集積回路の場合、第1の高周波信号端子51における端子電圧は最大でも40Vにクランプされていることが確認できるものとなっている。
この40Vの電圧の内、約20VはESD保護素子21,22によるクランプ電圧であり、第1乃至第4のスイッチFET素子1〜4にはそれぞれ約10V程度の電圧が直接かかっているだけで、電圧破壊を十分免れることができている。
これに対して、従来回路の場合55Vに達し、破壊が生じてしまう。
According to this test result, in the conventional circuit, the terminal voltage (corresponding to the voltage of the first high-frequency signal terminal 51) reaches about 130 V after about 30 ns after the surge is applied. In the case of the semiconductor switch integrated circuit in FIG. 2, it can be confirmed that the terminal voltage at the first high-frequency signal terminal 51 is clamped to 40 V at the maximum.
Among these 40V voltages, about 20V is a clamp voltage by the ESD protection elements 21 and 22, and a voltage of about 10V is directly applied to the first to fourth switch FET elements 1 to 4, respectively. It is enough to avoid voltage breakdown.
On the other hand, in the case of the conventional circuit, the voltage reaches 55 V, and destruction occurs.

次に、ESDサージとしてMM−200Vを同様に第1の高周波信号端子51に印加した場合の試験例について図4を参照しつつ説明する。
この試験例では、端子電圧が負極性となっているサージ印加後約40ns付近までは、本発明の実施の形態における半導体スイッチ集積回路と従来回路との間にさほどの差はなく、−40V程度でクランプされている。
Next, a test example when MM-200 V is similarly applied to the first high-frequency signal terminal 51 as an ESD surge will be described with reference to FIG.
In this test example, there is no significant difference between the semiconductor switch integrated circuit according to the embodiment of the present invention and the conventional circuit until about 40 ns after the application of the surge in which the terminal voltage has a negative polarity, and is about -40V. It is clamped with.

これは、先に述べたように、負極性サージ印加の場合には、本発明の実施の形態における半導体スイッチ集積回路、従来回路いずれにおいても全てのスイッチFET素子1〜4がオン状態を維持できるためである。
しかし、MMサージでは極性が反転するので、それ以後は両者の動作に差が生じる。すなわち、本発明の実施の形態における半導体スイッチ集積回路では、+20Vでクランプしている(図4の実線の特性線参照)のに対して、従来回路の場合、サージ印加後、約63ns付近で、+67Vの最大電圧が発生している(図4の点線の特性線参照)。
このように、本発明の実施の形態における半導体スイッチ集積回路では、サージの極性に関係なくスイッチFET素子がオン状態を維持できるため、サージ印加の際の端子電圧を低くクランプ可能であることが確認できる。
As described above, in the case of applying a negative polarity surge, all the switch FET elements 1 to 4 can be kept on in both the semiconductor switch integrated circuit and the conventional circuit in the embodiment of the present invention. Because.
However, since the polarity is reversed in the MM surge, a difference occurs between the operations after that. That is, in the semiconductor switch integrated circuit according to the embodiment of the present invention, it is clamped at +20 V (see the characteristic line of the solid line in FIG. 4), whereas in the case of the conventional circuit, about 63 ns after applying the surge, A maximum voltage of +67 V is generated (see the dotted characteristic line in FIG. 4).
As described above, in the semiconductor switch integrated circuit according to the embodiment of the present invention, it is confirmed that the terminal voltage at the time of surge application can be clamped low because the switch FET element can be kept on regardless of the polarity of the surge. it can.

次に、ESDサージとしてHBM(Human Body Model)+2000Vを印加した場合の試験例について図5を参照しつつ説明する。
この試験例では、本発明の実施の形態における半導体スイッチ集積回路が大凡+30Vで端子電圧のクランプができている(図5の実線の特性線参照)のに対して、従来回路では最大140Vまで達しており(図5の点線の特性線参照)、本発明の実施の形態における半導体スイッチ集積回路が確実なESD保護機能を発揮していることが確認できる。
Next, a test example when HBM (Human Body Model) +2000 V is applied as an ESD surge will be described with reference to FIG.
In this test example, the semiconductor switch integrated circuit according to the embodiment of the present invention can clamp the terminal voltage at about + 30V (see the characteristic line of the solid line in FIG. 5), whereas the conventional circuit reaches a maximum of 140V. Therefore, it can be confirmed that the semiconductor switch integrated circuit according to the embodiment of the present invention exhibits a reliable ESD protection function.

図6には、HBM−2000Vに対する試験例が示されており、この場合、本発明の実施の形態における半導体スイッチ集積回路と従来回路に差がなく、同一の特性となっていることが確認できる。
これらの試験例から本発明の実施の形態における半導体スイッチ集積回路では、従来回路に比べて低い電圧に確実にクランプさせることができ、従来に比して格段のESD保護機能の向上が図られるものとなっていることが確認できる。
FIG. 6 shows a test example for HBM-2000V. In this case, there is no difference between the semiconductor switch integrated circuit in the embodiment of the present invention and the conventional circuit, and it can be confirmed that they have the same characteristics. .
From these test examples, the semiconductor switch integrated circuit according to the embodiment of the present invention can be reliably clamped at a voltage lower than that of the conventional circuit, and can greatly improve the ESD protection function as compared with the conventional circuit. It can be confirmed that

本発明の実施の形態における半導体スイッチ集積回路の基本構成例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the basic structural example of the semiconductor switch integrated circuit in embodiment of this invention. 図1に示された半導体スイッチ集積回路のより具体的な第1の回路構成例を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing a more specific first circuit configuration example of the semiconductor switch integrated circuit shown in FIG. 1. MM+200VのESDサージを印加した場合の本発明の実施の形態における半導体スイッチ集積回路の端子電圧の変化を従来回路の特性と共に示す特性線図である。It is a characteristic diagram which shows the change of the terminal voltage of the semiconductor switch integrated circuit in embodiment of this invention when the ESD surge of MM + 200V is applied with the characteristic of a conventional circuit. MM−200VのESDサージを印加した場合の本発明の実施の形態における半導体スイッチ集積回路の端子電圧の変化を従来回路の特性と共に示す特性線図である。It is a characteristic diagram which shows the change of the terminal voltage of the semiconductor switch integrated circuit in embodiment of this invention when the ESD surge of MM-200V is applied with the characteristic of a conventional circuit. HBM+2000VのESDサージを印加した場合の本発明の実施の形態における半導体スイッチ集積回路の端子電圧の変化を従来回路の特性と共に示す特性線図である。It is a characteristic diagram which shows the change of the terminal voltage of the semiconductor switch integrated circuit in embodiment of this invention when an ESD surge of HBM + 2000V is applied with the characteristic of a conventional circuit. HBM−2000VのESDサージを印加した場合の本発明の実施の形態における半導体スイッチ集積回路の端子電圧の変化を従来回路の特性と共に示す特性線図である。It is a characteristic diagram which shows the change of the terminal voltage of the semiconductor switch integrated circuit in embodiment of this invention when an ESD surge of HBM-2000V is applied with the characteristic of a conventional circuit. 従来回路の回路構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the circuit structural example of a conventional circuit.

符号の説明Explanation of symbols

1…第1のスイッチFET素子
2…第2のスイッチFET素子
3…第3のスイッチFET素子
4…第4のスイッチFET素子
21,22…ESD保護素子
51…第1の高周波信号端子
52…第2の高周波信号端子
53…第3の高周波信号端子
61…第1の分離スイッチ
62…第2の分離スイッチ
63…第3の分離スイッチ
64…第4の分離スイッチ
101…スイッチ部
102…スイッチ制御回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st switch FET element 2 ... 2nd switch FET element 3 ... 3rd switch FET element 4 ... 4th switch FET element 21, 22 ... ESD protection element 51 ... 1st high frequency signal terminal 52 ... 1st 2 high frequency signal terminals 53 ... 3rd high frequency signal terminal 61 ... 1st separation switch 62 ... 2nd separation switch 63 ... 3rd separation switch 64 ... 4th separation switch 101 ... switch part 102 ... switch control circuit

Claims (3)

複数の高周波信号端子を有し、当該複数の高周波信号端子間には、それぞれ信号通過用スイッチFET素子が少なくとも1つ接続される一方、前記信号通過用スイッチFET素子の端部にそれぞれ接続された高周波信号端子のいずれか一方と接地間に少なくとも1つのバイパス用スイッチFET素子が接続されると共に、前記信号通過用スイッチFET素子及び前記バイパス用スイッチFET素子の動作を制御する信号を出力し、前記複数の高周波信号端子の内、所望の高周波信号端子間を導通可能とするよう構成されてなるスイッチ制御回路を具備してなる半導体スイッチ集積回路であって、
前記信号通過用スイッチFET素子及び前記バイパス用スイッチFET素子のゲートと前記スイッチ制御回路との間に、非動作時における前記各々のゲートを開放状態とする分離スイッチを設け、
ESDサージ印加時に前記全ての信号通過用スイッチFET素子及びバイパス用スイッチFET素子を導通せしめ、ESD放電を可能としてなることを特徴とする半導体スイッチ集積回路。
A plurality of high-frequency signal terminals are provided, and at least one signal-passing switch FET element is connected between the plurality of high-frequency signal terminals, and is connected to an end of the signal-passing switch FET element. At least one bypass switch FET element is connected between one of the high frequency signal terminals and the ground, and outputs a signal for controlling the operation of the signal passing switch FET element and the bypass switch FET element, A semiconductor switch integrated circuit comprising a switch control circuit configured to enable conduction between desired high frequency signal terminals among a plurality of high frequency signal terminals,
Provided between the gates of the signal passing switch FET element and the bypass switch FET element and the switch control circuit are separation switches that open the respective gates when not in operation,
A semiconductor switch integrated circuit, wherein all the signal passing switch FET elements and the bypass switch FET elements are made conductive when an ESD surge is applied, thereby enabling ESD discharge.
前記バイパス用スイッチFET素子はキャパシタを介して接地されると共に、当該キャパシタには、ESD保護素子が並列接続されてなることを特徴とする請求項1記載の半導体スイッチ集積回路。   2. The semiconductor switch integrated circuit according to claim 1, wherein the bypass switch FET element is grounded via a capacitor, and an ESD protection element is connected in parallel to the capacitor. 前記分離スイッチは、半導体素子からなるゲートスイッチを用いてなることを特徴とする請求項1又は請求項2いずれか記載の半導体スイッチ集積回路。   3. The semiconductor switch integrated circuit according to claim 1, wherein the separation switch is a gate switch made of a semiconductor element.
JP2005074626A 2005-03-16 2005-03-16 Semiconductor switch integrated circuit Expired - Fee Related JP4750435B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005074626A JP4750435B2 (en) 2005-03-16 2005-03-16 Semiconductor switch integrated circuit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005074626A JP4750435B2 (en) 2005-03-16 2005-03-16 Semiconductor switch integrated circuit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006261279A true JP2006261279A (en) 2006-09-28
JP4750435B2 JP4750435B2 (en) 2011-08-17

Family

ID=37100205

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005074626A Expired - Fee Related JP4750435B2 (en) 2005-03-16 2005-03-16 Semiconductor switch integrated circuit

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4750435B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013541199A (en) * 2010-09-13 2013-11-07 アナログ デバイシス, インコーポレイテッド Junction field effect transistor for voltage protection
JP2018206883A (en) * 2017-06-01 2018-12-27 新日本無線株式会社 Semiconductor high-frequency integrated circuit

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0786585A (en) * 1993-09-17 1995-03-31 Toshiba Corp Semiconductor protecting circuit and device thereof
JP2004229075A (en) * 2003-01-24 2004-08-12 Sony Corp Antenna switching circuit and tranceiver having it

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0786585A (en) * 1993-09-17 1995-03-31 Toshiba Corp Semiconductor protecting circuit and device thereof
JP2004229075A (en) * 2003-01-24 2004-08-12 Sony Corp Antenna switching circuit and tranceiver having it

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013541199A (en) * 2010-09-13 2013-11-07 アナログ デバイシス, インコーポレイテッド Junction field effect transistor for voltage protection
JP2018206883A (en) * 2017-06-01 2018-12-27 新日本無線株式会社 Semiconductor high-frequency integrated circuit

Also Published As

Publication number Publication date
JP4750435B2 (en) 2011-08-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10354994B2 (en) Electrostatic discharge (ESD) protection in an electronic switching circuit
US8295784B2 (en) Semiconductor switching device
US8390339B2 (en) Radio-frequency semiconductor switch
JP4342569B2 (en) High frequency switch circuit
US7391282B2 (en) Radio-frequency switch circuit and semiconductor device
JP3790227B2 (en) High frequency switch circuit
EP1487103B1 (en) High-frequency switching device and semiconductor device
US8232827B2 (en) Semiconductor switch
US20070290744A1 (en) Radio frequency switching circuit, radio frequency switching device, and transmitter module device
JP3902111B2 (en) Switch semiconductor integrated circuit
US20060252394A1 (en) Switching circuit
US8629709B2 (en) High frequency switch circuit device
JP2010220200A (en) Conduction switching circuit, conduction switching circuit block, and operation method for conduction switching circuit
KR101952857B1 (en) Switching circuit and high frequency switch including the same
US10200027B1 (en) Radio frequency switch apparatus with integrated shunt and bias
JP4750435B2 (en) Semiconductor switch integrated circuit
CN112786570A (en) Integrated circuit with electrostatic discharge protection mechanism
JP5762196B2 (en) Semiconductor switch circuit
JP5106205B2 (en) Semiconductor switch circuit
TWI739629B (en) Integrated circuit with electrostatic discharge protection
CN110611499A (en) ESD protection circuit of radio frequency switch based on D-pHEMT device
JP2006121187A (en) Semiconductor switching circuit
JP5226474B2 (en) Semiconductor output circuit
JP5341501B2 (en) RF signal switching circuit
JP4538016B2 (en) High frequency switch device and semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20071228

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20101125

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20101214

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110131

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110308

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110324

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110510

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110519

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4750435

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140527

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees