JP2010154114A - Ｒｆ信号切替回路 - Google Patents

Abstract

【課題】ＲＦリーク電圧によるスイッチドライバ回路の動作不良を回避する。
【解決手段】ＲＦ信号切替回路は、複数のＲＦ信号ポートを選択的に切替えてアンテナポートに接続するＲＦスイッチ３００ａ，３００ｂと、ＲＦスイッチの制御端子７００に制御信号を供給し、ＲＦスイッチのオン・オフを制御するスイッチドライバ２００と、制御端子７００と接地端子との間に設けられ、制御端子のＥＳＤ電圧が所定値を超えた時、制御端子を接地するＥＳＤ保護回路６００と、制御端子と接地端子との間に設けられ、制御端子のＲＦリーク電圧が所定値を超えた時、制御端子から接地へＲＦリーク電圧をショートするＲＦリーク電圧抑圧回路と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明はＲＦ信号切替回路に係り、より詳細には、チップサイズを拡大することなくＲＦ信号のリーク電力によるスイッチドライバ回路の動作不良を回避することの可能なＲＦスイッチ用ＥＳＤ保護回路を具備したＲＦ信号切替回路に関する。

携帯端末等の無線通信機器においては、例えば送信信号と受信信号との切り替えや複数のアンテナの切替えを行うために、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）スイッチが用いられている。ＲＦスイッチは一般に、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）プロセス技術により製造されたＦＥＴで構成され、ハイレベルの電圧（７〜８Ｖ）をゲートに印加することでオンし、ローレベルの電圧（０Ｖ）でオフする。携帯端末のように、バッテリから供給される電圧が低い（３Ｖ程度）機器においては、ＣＭＯＳのスイッチドライバを使用してＲＦスイッチを駆動する構成とするのが一般的である。

図８は、こうしたＲＦスイッチとスイッチドライバとを概略的に示す図である。図８において、スイッチドライバ２１０の出力端子Ｖ＿Ｔｘ１，Ｖ＿Ｔｘ２はＲＦスイッチ１１０の制御信号入力端子に接続される。矢印Ａで示されるＲＦ信号は、メインパスからオン状態にあるＦＥＴスイッチ３１０ａのゲート−ドレイン間／ゲート−ソース間に存在する寄生容量を介してＲＦスイッチの制御信号入力端子へリークし、矢印Ｂで示すようにスイッチドライバ２１０の出力端子に入力される。図中、ＲｇはＦＥＴスイッチ３１０ａ，３１０ｂのゲート部に挿入された抵抗を、Ｃ０はアンテナポートの容量を示す。また、ＦＥＴスイッチ３０１ａはオンし、ＦＥＴスイッチ３１０ｂはオフしていることを示している。

１９００ＭＨｚの周波数帯に対応したＧＳＭ方式の携帯端末を用いる場合、ＲＦ信号の電力（Ｐｉｎ）がＲＦスイッチに対して大電力（３３〜３５ｄＢｍ）が入力されるので、リークする電力も大きくなる。そして、このようなＲＦリーク電力がオンしているＦＥＴスイッチ３１０ａの制御信号線を介してスイッチドライバ２１０の出力端子Ｖ＿Ｔｘ２に入力されると、スイッチドライバ２１０の出力段の回路に影響を与えてしまう。すなわち、図９のシミュレーション結果に示すように、ＲＦ電力Ｐｉｎが大きくなるとＲＦリーク電力も大きくなり、結果的にＲＦ電力Ｐｉｎの大きさが所定の値を超えるとスイッチドライバの出力電圧Ｖｏｕｔが減少し、ＲＦスイッチをオン／オフさせるに足るＤＣ電圧が得られないので、ＲＦスイッチの性能が劣化することになる。

この問題を回避するためには、ＲＦリーク電力をスイッチドライバ２１０の出力とＲＦスイッチ１１０の入力との間で抑圧することが必要である。そこで、従来、例えば次のような手法が採られてきた。

第一の手法は、図１０に符号Ｓ１およびＳ２で示すように、スイッチドライバ２１０の終段回路において複数のｐＭＯＳトランジスタおよびｎＭＯＳトランジスタをスタックさせるというものである。スイッチドライバ２１０の終段回路が単一のｐＭＯＳトランジスタおよびｎＭＯＳトランジスタから構成されている場合、一方のトランジスタがオンであっても、ＲＦリーク電力の入力により、オフである他方のトランジスタまでもがオンになろうとする。そこで、複数のトランジスタをスタックさせることにより、高耐圧化を図っている。

また、第二の手法は、図１１に示すようにＰＣＢ５００の上に各素子を実装するチップオンボードの場合に、ＲＦスイッチ１１０とスイッチドライバ２１０との間にＬＣまたはＲＣのローパスフィルタ４００を挿入するというものである。

これらの手法によると、ＲＦリーク電力の抑圧に一定の効果が得られる。しかしながら、第一の手法ではｐＭＯＳトランジスタのオン抵抗が無視できず、電圧降下が発生し、結果としてＲＦスイッチ１００を駆動するための電圧が低下してしまうという問題があった。一方、第二の手法によれば、ＰＣＢ５００の実装が必要となるためモジュールサイズが大きくなってしまうという問題があった。

そこで、本発明はこれらの問題を解決し、チップサイズを拡大することなく、ＲＦ信号のリークによるスイッチドライバ回路の動作不良の回避を実現することを目的とする。

この目的を達成するため、本発明が提供するＲＦ信号切替回路は、複数のＲＦポートを選択的に切替えてアンテナポートに接続するＲＦスイッチと、ＲＦスイッチの制御端子に制御信号を供給し、ＲＦスイッチのオン・オフを制御するスイッチドライバと、制御端子と接地端子との間に設けられ、制御端子のＥＳＤ電圧が所定値を超えた時、制御端子を接地するＥＳＤ保護回路と、制御端子と接地端子との間に設けられ、制御端子のＲＦリーク電圧が所定値を超えた時、制御端子から接地へＲＦリーク電圧をショートするＲＦリーク電圧抑圧回路と、を備える。

このような構成とすることにより、本発明のＲＦ信号切替回路は、ＲＦリーク電力によるスイッチドライバへの影響を防止することができる。

このＲＦ信号切替回路において、ＥＳＤ保護回路はアノード側が制御端子に、カソード側が接地端子に向かうよう接続されたｎ（ｎは２以上の整数）個の直列接続されたダイオードで構成され、ＲＦリーク電圧抑圧回路は、制御端子から数えてｍ（ｍはｍ＜ｎの整数）個のダイオードと、ｍ個目とｍ＋１個目のダイオードの接続点に一端が接続され他端が接地されたキャパシタとから構成される。

これにより、ＥＳＤおよびＲＦリーク電力の各々について選択的に適切な電流パスが形成され、ＥＳＤによる破壊やＲＦリーク電力による誤作動等を効果的に防止できる。

ダイオードはＤモードｐＨＥＭＴであり、キャパシタはＭＩＭキャパシタであってもよい。

これにより、製造コストの低減およびＥＳＤ保護回路の小型化・ワンチップ化を実現できる。

また、本発明のＲＦ信号切替回路において、ＥＳＤ保護回路は、ドレインが制御端子に接続された第１のトランジスタと、ソースが接地端子に接続された第２のトランジスタとで構成され、第１のトランジスタのソースと第２のトランジスタのドレインとは共通接続点で接続され、ＲＦリーク電圧抑圧回路は、第１のトランジスタと、共通接続点に一端が接続され他端が接地されたキャパシタとから構成される。

これにより、ＥＳＤおよびＲＦリーク電力の各々について選択的に適切な電流パスが形成され、ＥＳＤによる破壊やＲＦリーク電力による誤作動等を効果的に防止できる。

第１および第２のトランジスタはＥモードｐＨＥＭＴであり、キャパシタはＭＩＭキャパシタであってもよい。

これにより、ＥＳＤ保護回路の小型化・ワンチップ化を実現できる。

本発明によれば、チップサイズを拡大することなく、スイッチドライバに電圧低下の影響を与えない程度にまでＲＦリーク電力を抑圧することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図１に示すのは本発明によるＲＦ信号切替回路１０である。ＲＦ信号切替回路１０は、ＲＦスイッチ用ＥＳＤ保護回路を搭載したＲＦスイッチ部１００およびこのＲＦスイッチ部１００と接続されたスイッチドライバ２００を含む。図示するＲＦスイッチ部１００およびスイッチドライバ２００は携帯端末に搭載されるもので、ＲＦスイッチ部１００がゲート制御端子７００によってＲＦスイッチの２つのポートを構成するＦＥＴスイッチ３００ａと３００ｂとの間でオン・オフの切り替えを行うことにより、アンテナポート８００を例えば異なる周波数帯に対応した２種のアンテナポートとして機能させることができる。

ＥＳＤ保護回路６００は、ＥＳＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ：静電気放電）による誤作動や破壊から回路を保護するために用いられるものである。本発明においては、構成上の便宜のため、このＥＳＤ保護回路にＲＦリーク電力を抑圧する回路を搭載した。以下の説明において、ＥＳＤ電圧とは静電気誘導により発生した電圧を指す。

図２には、このようなＲＦ信号切替回路１０の一実施例におけるＲＦスイッチ用ＥＳＤ保護回路の構成を示す。この保護回路６００Ｄは、ＥＳＤ保護回路部６１０Ｄと、ＲＦリーク電圧抑圧回路部６２０Ｄとを有している。ＥＳＤ保護回路部６１０Ｄは、順方向に直列接続されたｎ個のダイオード９０１〜９０ｎと、逆方向に接続された１個のダイオード９００とを並列接続して構成される。ここで、ｎは２以上の整数とする。また、前述したようにＲＦスイッチが７Ｖでオンになる場合には、７Ｖ印加されてもダイオード９０１〜９０ｎがオンにならないような個数のダイオードをスタックする。

一方、リーク電圧抑圧回路部６２０Ｄは、ＥＳＤ保護回路部６１０Ｄのｎ個のダイオードのうち、制御端子７００から数えてｍ（ｍはｍ＜ｎの整数）個のダイオードと、ｍ個目とｍ＋１個目のダイオードの接続点に一端が接続され、他端は接地されたキャパシタＣ１とから構成される。図示する例においては、制御端子７００から１個目のダイオード９０１と２個目のダイオード９０２との接続点にキャパシタＣ１の一端が接続されている。

図３に示すのは、ＥＳＤ保護回路６００Ｄの具体的な回路図である。このＥＳＤ保護回路６００Ｄにおいて、ダイオード９００〜９０ｎはＤモード（デプレッション・モード）ｐＨＥＭＴ（ｐｓｅｕｄｏｍｏｒｐｈｉｃ ｈｉｇｈ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｏｂｉｌｉｔｙ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のドレイン／ソースを短絡して実現している。また、キャパシタＣ１はＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｍｅｔａｌ）キャパシタとして実現している。ＲＦスイッチを構成するＦＥＴがＤモードであることから、これらのコンポーネントが同じＤモードであることにより、製造コストを低減し、小型化することが可能である。また、ＲＦスイッチと１チップで搭載可能である。

次に、図４および図５を参照してＥＳＤ保護回路６００Ｄの動作を説明する。図４はＲＦスイッチの通常動作時を示すものである。例えば、制御線ＣＬの電圧レベルが７Ｖの場合、ＥＳＤ保護回路６００Ｄのすべてのダイオード９００〜９０ｎはオフとなる。すると、矢印Ｌで示したキャパシタＣ１につながるパスのインピーダンスが最も低くなるため、ＲＦリーク電力はこのパスを流れることになる。これにより、スイッチドライバ出力端子側へのＲＦリーク電力は抑圧される。

これに対し、図５はＥＳＤ発生時を示しており、正電圧のＥＳＤが制御線に掛かった場合、ＥＳＤ保護回路６００Ｄのダイオード９０１〜９０ｎがオンとなる。すなわち、矢印Ｅ２で示した方向に電流が流れ、ＥＳＤによるＲＦスイッチ側へのダメージはない。また、キャパシタＣ１のキャパシタ間電圧はダイオードにより抑圧され、キャパシタＣ１の静電破壊耐性が向上する。一方、負電圧のＥＳＤが制御線に掛かった場合、ＥＳＤ保護回路６００Ｄのダイオード９００がオンとなる。すなわち、矢印Ｅ１で示した方向に電流が流れ、ＥＳＤによるＲＦスイッチ側へのダメージはない。

図６に示すのは、本発明のＲＦ信号切替回路１０の他の実施例におけるＲＦスイッチ用ＥＳＤ保護回路６００Ｅである。図示するように、ＥＳＤ保護回路６００Ｅは、複数のキャパシタＣと、複数の抵抗Ｒと、２つのトランジスタＴｒ１およびＴｒ２からなるＥＳＤ保護回路部６１０Ｅと、トランジスタＴｒ１およびＴｒ２のドレイン・ソース間に接続されたキャパシタＣ２からなるＲＦリーク電圧抑圧部６２０Ｅとから構成される。

トランジスタＴｒ１およびＴｒ２はＥモードｐＨＥＭＴで構成され、図６中の表に示すように、ＶＣがハイであるとき、２つのトランジスタＴｒ１およびＴ２のうちトランジスタＴｒ１のみがオンになる。すると、矢印Ｌで示すＲＦリーク電力はＲＦリーク電圧抑圧部６２０ＥのＭＩＭキャパシタＣ２に流れるので、ＲＦリーク電力を抑圧することができる。一方、ＥＳＤが印加されたときには、トランジスタＴｒ１およびＴｒ２のいずれもがオンとなり、ＥＳＤ保護回路部６１０Ｅに電流が流れることにより、ＲＦスイッチはＥＳＤから保護される。

図７には、図２に示した構成を有するＥＳＤ保護回路６００を用いた場合のスイッチドライバの出力電圧の減少のシミュレーション結果を示す。先に参照した図９と対比すると、Ｐｉｎの大きさにかかわらずスイッチドライバの出力電圧Ｖｏｕｔはほぼ一定である。すなわち、ＲＦスイッチに高電力が入力されてもＲＦリーク電力が抑圧されることがわかる。

以上、本発明の２つの実施例を説明したが、本発明はこれに限定されることなく、特許請求の範囲において他にも様々に実施することが可能である。

本発明のＲＦ信号切替回路の構成を示す図。 本発明の一実施例によるＲＦ信号切替回路におけるＲＦスイッチ用ＥＳＤ保護回路を示す図。 本発明の一実施例によるＲＦ信号切替回路におけるＲＦスイッチ用ＥＳＤ保護回路を示す図。 本発明の一実施例によるＲＦ信号切替回路におけるＲＦスイッチ用ＥＳＤ保護回路を示す図。 本発明の一実施例によるＲＦ信号切替回路におけるＲＦスイッチ用ＥＳＤ保護回路を示す図。 本発明の他の実施例によるＲＦ信号切替回路におけるＲＦスイッチ用ＥＳＤ保護回路を示す図。 本発明の一実施例によるＲＦスイッチ用ＥＳＤ保護回路を使用した場合のスイッチドライバの出力電圧の減少のシミュレーション結果を示す図。 一般的なＲＦスイッチおよびスイッチドライバを示す図。 スイッチドライバの出力電圧の減少のシミュレーション結果を示す図。 従来技術によるＲＦリーク電力の抑圧手法を示す図。 従来技術によるＲＦリーク電力の抑圧手法を示す図。

符号の説明

１００ ＲＦスイッチ部
２００ スイッチドライバ
３００ａ，３００ｂ ＲＦスイッチポート
６００ ＥＳＤ保護回路
７００ ゲート制御端子
８００ アンテナポート
Ｃ０ 容量

Claims (5)

1. 複数のＲＦ信号ポートを選択的に切替えてアンテナポートに接続するＲＦスイッチと、
   前記ＲＦスイッチの制御端子に制御信号を供給し、前記ＲＦスイッチのオン・オフを制御するスイッチドライバと、
   前記制御端子と接地端子との間に設けられ、前記制御端子のＥＳＤ電圧が所定値を超えた時、前記制御端子を接地するＥＳＤ保護回路と、
   前記制御端子と接地端子との間に設けられ、前記制御端子のＲＦリーク電圧が所定値を超えた時、前記制御端子から接地へ前記ＲＦリーク電圧をショートするＲＦリーク電圧抑圧回路と、
   を備えたことを特徴とするＲＦ信号切替回路。
2. 請求項１に記載のＲＦ信号切替回路において、
   前記ＥＳＤ保護回路は、アノード側が前記制御端子に、カソード側が前記接地端子に向かうよう接続されたｎ（ｎは２以上の整数）個の直列接続されたダイオードで構成され、
   前記ＲＦリーク電圧抑圧回路は、前記制御端子から数えてｍ（ｍはｍ＜ｎの整数）個の前記ダイオードと、ｍ個目とｍ＋１個目のダイオードの接続点に一端が接続され他端が接地されたキャパシタとから構成されることを特徴とするＲＦ信号切替回路。
3. 請求項２に記載のＲＦ信号切替回路において、
   前記ダイオードはＤモードｐＨＥＭＴであり、前記キャパシタはＭＩＭキャパシタであることを特徴とするＲＦ信号切替回路。
4. 請求項１に記載のＲＦ信号切替回路において、
   前記ＥＳＤ保護回路は、ドレインが前記制御端子に接続された第１のトランジスタと、ソースが前記接地端子に接続された第２のトランジスタとで構成され、
   前記第１のトランジスタのソースと前記第２のトランジスタのドレインとは共通接続点で接続され、
   前記ＲＦリーク電圧抑圧回路は、前記第１のトランジスタと、前記共通接続点に一端が接続され他端が接地されたキャパシタとから構成されることを特徴とするＲＦ信号切替回路。
5. 請求項４に記載のＲＦ信号切替回路において、
   前記第１および第２のトランジスタはＥモードｐＨＥＭＴであり、前記キャパシタはＭＩＭキャパシタであることを特徴とするＲＦ信号切替回路。

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