JP2010527179A - スタック電圧耐性を高めるためのキャパシタンス調整 - Google Patents
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Abstract
Description
スタック型FETRFスイッチについての思いがけなく低い電圧でのブレイクダウンの問題についての調査の後、本出願人は、かかるスタックに含まれるFETにわたる電圧分布が一様でないことを割り出した。従って、概して、1つのFETは、スタック内のその他のFETよりも、印加されるスイッチ電圧全体について高い割合の電圧を印加されていた。その最も大きくストレスを受けたFETは最初に故障し、ドミノ式に他のFETの故障を生じさせた。更なる調査の下、本出願人は、電圧分布の不均衡が、しばしば、ドレイン−ソース・キャパシタンスと比較して小さく、従って従前は見逃されていた寄生容量によって引き起こされることを割り出した。
図6は、図5の等価回路と同様の等価回路であり、kの値に従ってお互いに異なるひと組の解決を表す。ノードDn502を補償又は調整するよう、ノードD(n+k)602は、ノード602のレイアウトの容易さ及び有効性等の要因に基づいて選択される。一番上のkのノードは、後述されるように、より有効でありうる。一例として、j=16及びn=10である場合に、kは、1から6(すなわち、j−n)のいずれかの値に設定される。ノード602の選択により、D(n+k)602の上にあるCdsの直列結合からなるキャパシタ604が得られる。従って、キャパシタ604はCds/(j−n−k)(k<(j−n))の値を有する。k=(j−n)の場合は、当然に、D(n+k)602が直接にN2204に結合されるので、キャパシタ604は存在しない。図5と同じく、キャパシタ506は、FETMnまでの全てのFETのCdsの直列結合を表し、従って、Cds/nの値を有する。キャパシタ506は、Cpdn408とともに、接地に結合されている。調整は、Cpdn408の崩壊効果(disruptive effects)を補償するよう補償キャパシタCcompn608を加えることによって達成される。
実際に、内部ノードからの寄生キャパシタンスが結合され得る場所は幾つであってもよい。標準のCMOSICでは、それらは基板に結合してよい。SOI又はGaAsデバイスでは、それらは、部品の背面にある金属又はパッケージに結合してよい。全てのタイプのデバイスで、寄生キャパシタンスは、また、近くの金属線に結合することもできる。X×VN1−Y×VN2を有する信号を有するいずれかのノードに結合される構成Cpdキャパシタンスは、大規模なスタックのRF対応容量をj×BVdsより小さく制限してよい。
Cdsは有効ドレイン−ソース・キャパシタンスとして記載され、ここでは、異なる意味が明らかにされない限り、総有効ドレイン−ソース・キャパシタンス、意図的な及び意図的でないキャパシタンスのネット及び効果を意味する。正味有効Cdsは、例えば、RFスイッチ・スタックに含まれるトランジスタのドレインノードとソースノードとの間の主として容量性の特性を単に結合することによって、変更されてよい。主に容量性の特性は、誘導又は抵抗より容量的であるスイッチング信号の周波数でインピーダンスを有する受動素子である。回路設計者が理解するように、多数の構造がキャパシタとして機能するよう製造されてよく、あるいは、このようなキャパシタ又は主に容量性の特性若しくは素子のいずれもが補償キャパシタ又はキャパシタンスを構成してよい。
j個の構成するスタックされたトランジスタから構成されるRFスイッチに印加される電圧Vswは、スタックの構成トランジスタにわたって分配される。分布の均一性からの偏差は、各トランジスタに現れるVswの部分の変数Vとして量子化されてよい。ここで、Vswから得られる各トランジスタMiについてのVdsiはViであるとともに、下記の式が成立する。
集積回路の設計者は、回路寄生要素を評価する必要性にしばしば直面し、あらゆるこのような技術が、寄生ドレイン−ソース・キャパシタンスCdsとともに、対応するソース以外の他のノードに対する寄生ドレインキャパシタンスCpdを確立するために用いられてよい。選択される製造プロセス及びレイアウトの詳細なパラメータに基づく完全な回路シミュレーションは、シミュレーションプログラムが正確であって且つ十分な処理電力が妥当な時間長さでタスクを完了するのに有効である場合に、理想的である。また、回路を組み立て、スタックの個々のトランジスタにわたるRFスイッチ電圧の分布を調べ(測定し)、そして、このような測定から有効なCpd値を推定することも可能である。しかし、上述されるように、RFスイッチ電圧耐容量における実質的な改善は、完璧な補償を行わずとも達成され得る。然るに、負担がより少ない技術がCpd値を推定するのに用いられてよい。
上記は、スタックのトランジスタにわたる全体のRFスイッチ電圧の分布における不均衡から生ずるスタック型トランジスタRFスイッチの低いブレイクダウン電圧を解決するようスイッチのキャパシタンスを調整又は補償する関連方法の例となる実施及び新規な特徴を表す。それは、また、容量性の調整又は補償特性を用いる集積回路スタック型トランジスタRFスイッチ装置の実施及び新規の特徴であって、このような特徴がない場合に比べて正味のブレイクダウン電圧を改善するものを記載する。当業者には当然に、表される方法及び装置の形態及び詳細の様々な削除、置換及び変更は、本発明の適用範囲を逸脱することなく行われてよい。全ての実施形態を明示的に挙げることは非現実的であるから、当然に、装置又は方法の実施形態に適するものとして上述された特徴の実際的な組み合わせの夫々は、装置又は方法の個別の代替の実施形態を構成する。更に、このような装置又は方法の代替案に相当するものの実際的な組み合わせの夫々は、また、対象の装置又は方法の個別の代替の実施形態を構成する。従って、本発明の適用範囲は、特許請求の範囲が本願の係属中に補正される場合に、特許請求の範囲を参照してのみ決定されるべきであり、このような限定が特許請求の範囲に挙げられ又は意図的に関与する場合を除いて、上記で表される特徴によって限定されるべきでない。
Claims (30)
- スタック型トランジスタRFスイッチ装置であって、
a)内部ノードが隣接するトランジスタの間にある直列ストリングを形成するよう直列接続でドレインをソースに結合されている複数の構成トランジスタを有するトランジスタ・スタックと、
b)各構成トランジスタごとの有効積算ドレイン−ソース・キャパシタンスCdsと
を有し、
2つの構成トランジスタについてのCdsの値は少なくとも2%だけお互いと異なる、スタック型トランジスタRFスイッチ装置。 - 2つの構成トランジスタについてのCdsの値は少なくとも5%だけお互いと異なる、請求項1に記載のスタック型トランジスタRFスイッチ装置。
- 2つの構成トランジスタについてのCdsの値は少なくとも10%だけお互いと異なる、請求項1に記載のスタック型トランジスタRFスイッチ装置。
- 高インピーダンス動作で、第1のスイッチ・エンドノードは電圧V1を有し、第2のスイッチ・エンドノードは電圧V2を有し、各ドレイン寄生キャパシタンスはCds内に含まれず、A×V1+B×V2の交流電圧を有するCpd終端ノードに終端ノードで結合され、
特定の内部ノードについての全体のCpdは、該特定の内部ノードに結合された非終端ノードを有する全てのCpdの和であり、
構成トランジスタの隣接する対についてのCdsの値は、隣接するトランジスタ対の少なくとも半分について、隣接するトランジスタの間のノードについての全体のCpdよりも大きい量だけお互いと異なる、請求項1に記載のスタック型トランジスタRFスイッチ装置。 - 構成トランジスタについてのCds値の相違は、該Cds値が実質的により等しくされる場合に全ての前記構成トランジスタにわたって分布するVds−offの大きさの不一致が大きくなる点で、電圧分布を改善するよう前記スタックを調整するのに有効である、請求項1乃至4のうちいずれか一項に記載のスタック型トランジスタRFスイッチ装置。
- ほとんどの隣接する構成トランジスタ対について、Cdsの値は、対の他のトランジスタについてより特定のRFスイッチ・エンドノードに近いトランジスタについて高い、請求項1乃至5のうちいずれか一項に記載のスタック型トランジスタRFスイッチ装置。
- 2つの構成トランジスタについてのCdsの値は、少なくとも20%だけお互いと異なり、
構成トランジスタについてのCds値の相違は、該Cds値が実質的により等しくされる場合に全ての前記構成トランジスタにわたって分布するVds−offの大きさの不一致が大きくなる点で、電圧分布を改善するよう前記スタックを調整するのに有効である、請求項1乃至6のうちいずれか一項に記載のスタック型トランジスタRFスイッチ装置。 - 通常前記RFスイッチによって制御される信号の一次周波数で主に容量性インピーダンスを有し、スタック直列ストリングの内部ノードに結合される個別容量特性を更に有する、請求項1乃至7のうちいずれか一項に記載のスタック型トランジスタRFスイッチ装置。
- 構成トランジスタの間のCds値の相違は、前記トランジスタの間の設計上の相違に少なくとも部分的に起因する、請求項1乃至8のうちいずれか一項に記載のスタック型トランジスタRFスイッチ装置。
- 構成トランジスタの間のCds値の相違は、該Cdsの1つに並列に配置される個別容量特性に少なくとも部分的に起因する、請求項1乃至9のうちいずれか一項に記載のスタック型トランジスタRFスイッチ装置。
- スタック型トランジスタRFスイッチ装置であって、
a)内部ノードが隣接するトランジスタの間にある直列ストリングを形成するよう直列接続でドレインをソースに結合されている複数の構成トランジスタを有するトランジスタ・スタックと、
b)前記スタックの前記直列ストリングの内部ノードを結合される少なくとも1つの物理キャパシタ要素Ccompと
を有し、
Ccompは、通常当該RFスイッチによって制御される信号の一次周波数で主に容量性であるインピーダンスを有する、スタック型トランジスタRFスイッチ装置。 - スタック直列ストリングの内部ノードに結合されるキャパシタンスは、内部ノードに結合される全ての個別キャパシタ要素が除かれる場合に全ての構成トランジスタにわたって分布するVds−offの不一致が大きくなりうる点で、電圧分布を有効に調整するよう構成される、請求項11記載のスタック型トランジスタRFスイッチ装置。
- MIM(金属−絶縁体−金属)Ccompキャパシタを更に有する、請求項12に記載のスタック型トランジスタRFスイッチ装置。
- MIM(金属−絶縁体−金属)Ccompキャパシタを更に有する、請求項11に記載のスタック型トランジスタRFスイッチ装置。
- 複数のCcompキャパシタを更に有する、請求項11乃至14のうちいずれか一項に記載のスタック型トランジスタRFスイッチ装置。
- 前記複数のCcompキャパシタは前記スタックの異なる内部ノードに結合される、請求項15に記載のスタック型トランジスタRFスイッチ装置。
- 隣接するトランジスタの各対の間に内部ノードがある直列ストリングで複数の直列接続されている構成トランジスタを有するスタック型RFスイッチの製造方法であって、
スタックに含まれる異なるトランジスタについて有意に異なる有効積算ドレイン−ソース・キャパシタンスCdsを確立するステップを有し、
a)前記Cdsの差は、前記スタックの前記構成トランジスタの最大Cds値と最小Cds値との間の少なくとも2%であるか、又は
b)隣接するトランジスタ対の少なくとも半分について、各対のCds値の間の差は当該対の間の内部ノードの全体のCpdよりも大きい量だけ異なり、ノードの全体のCpdは、Cdsの部分でないノードに結合される全ての寄生キャパシタンス要素の和である、方法。 - 構成トランジスタの間の有意に異なるCdsは、Cds値の間の差が実質的に小さくされる場合に全ての前記構成トランジスタにわたって分布するVds−offの大きさの不一致が増大しうる点で、前記構成トランジスタにわたる電圧をより均一に分布させるのに有効である、請求項17に記載の方法。
- 差(a)は少なくとも5%であり、代替の差(b)は、隣接する構成トランジスタの各対の間のCds差の和が各対の間の内部ノードについての全体のCpdの和を超える場合にのみ満足される、請求項17又は18に記載の方法。
- 差(a)は少なくとも10%であり、代替の差(b)は、隣接する構成トランジスタ対の大部分について、隣接する対のCds値が当該対の間のノードの全体のCpdより大きい場合にのみ満足される、請求項17又は18に記載の方法。
- 特定の内部ノードに結合される全ての有意な容量性要素の値を推定し、該有意な容量性要素の夫々にかかる電圧を推定し、対応する推定された前記電圧を反映するよう乗じられる全ての容量値の和をおおよそ零にするよう必要に応じて前記特定の内部ノードに結合されるキャパシタンスを制御することによって、前記特定の内部ノードのための電荷注入の平衡を保つステップを更に有する、請求項17乃至20のうちいずれか一項に記載の方法。
- RFスイッチ・スタックの内部ノードの大部分の夫々について電荷注入の平衡をおおよそ保つステップを更に有する、請求項21に記載の方法。
- RFスイッチ・スタックの各内部ノードについて電荷注入の平衡をおおよそ保つステップを更に有する、請求項21に記載の方法。
- 前記スタックの1又はそれ以上の内部ノードに個別容量特性を結合するステップを更に有し、
個別容量特性は、通常前記RFスイッチによってスイッチングされる信号の一次周波数で主に容量性であるインピーダンスを有する個別要素である、請求項17乃至23のうちいずれか一項に記載の方法。 - 隣接するトランジスタの各対の間に内部ノードがある直列ストリングで複数の直列接続されている構成トランジスタを有するスタック型RFスイッチの製造方法であって、
スタックの1又はそれ以上の内部ノードに個別容量特性を結合するステップを有し、
個別容量特性は、通常前記RFスイッチによってスイッチングされる信号の一次周波数で主に容量性であるインピーダンスを有する個別要素である、方法。 - 前記スタックの前記1又はそれ以上の内部ノードに複数の個別容量特性を結合するステップを更に有する、請求項25に記載の方法。
- 前記RFスイッチに印加される電圧Vswにより全ての構成トランジスタにわたって分布するVds−offの大きさの不一致が、全ての前記個別容量特性が除かれる場合に大きくなりうるように、前記スタックの内部ノードへ結合される個別容量特性を制御することによって、電圧分布の平衡を保つステップを更に有する、請求項25又は26に記載の方法。
- 特定の内部ノードに結合される全ての有意な容量性要素の値を推定し、該有意な容量性要素の夫々にかかる電圧を推定し、対応する推定された前記電圧を反映するよう乗じられる全ての容量値の和をおおよそ零にするよう必要に応じて前記特定の内部ノードに結合されるキャパシタンスを制御することによって、前記特定の内部ノードのための電荷注入の平衡を保つステップを更に有する、請求項25乃至27のうちいずれか一項に記載の方法。
- RFスイッチ・スタックの内部ノードの大部分の夫々について電荷注入の平衡をおおよそ保つステップを更に有する、請求項28に記載の方法。
- RFスイッチ・スタックの各内部ノードについて電荷注入の平衡をおおよそ保つステップを更に有する、請求項28に記載の方法。
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