JP2018007234A - 高周波スイッチ回路及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、時分割多重化（Ｔｉｍｅ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＴＤＭ）通信システムに適用することができる高周波スイッチ回路及び装置に関する。【解決手段】本発明の一実施形態による高周波スイッチ回路は、第１信号ポートと共通ポートとの間に接続され、第１バンド信号をスイッチングする第１バンドスイッチ回路を含む高周波スイッチと、上記高周波スイッチの共通ポートとアンテナポートとの間に形成された信号配線に隣接して、上記信号配線と第１カップリング信号を形成する第１カップリング配線を含むカプラーと、を含み、上記第１カップリング配線の共振周波数は、上記第１カップリング配線によるインダクタンス及び上記高周波スイッチのキャパシタンスに基づいて決定される。【選択図】図２

Description

本発明は、時分割多重化（Ｔｉｍｅ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＴＤＭ）通信システムに適用することができる高周波スイッチ回路及び装置に関する。

通常、時分割多重化（ＴＤＭ）方式を用いる様々な通信システムにおける送信機と受信機との間には、アンテナ高周波（Ｒａｄｉｏ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＲＦ）スイッチが用いられている。また、複数の通信を行う通信システムにおいて、複数のバンド信号間をスイッチングするために、アンテナとデュプレクサーとの間にバンド選択高周波（ＲＦ）スイッチが用いられている。

このようなアンテナ高周波スイッチは、送信機と受信機を交互にスイッチオン／オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）することで、システムの全体消費電力を低減することができ、送信機と受信機との間の干渉も減らすことができる。また、バンド選択高周波スイッチは、複数のバンドを選択的にスイッチオン／オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）することで、システムの全体消費電力を低減することができ、送信機と受信機との間の干渉も減らすことができる。

このような高周波スイッチは、無線ＬＡＮ（ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＬＡＮ）だけでなく、ブルートゥース（登録商標）（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標））、セルラー（ｃｅｌｌｕｌａｒ）ＰＣＳ／ＣＤＭＡ／ＷＣＤＭＡ（登録商標）／ＴＤＭＡ／ＧＳＭ（登録商標）などのような通信システムで用いられることができる。

このようなＲＦスイッチは、低い挿入損失（ｌｏｗ ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ ｌｏｓｓ）、高い電力処理能力（ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ｈａｎｄｌｉｎｇ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ）、高いアイソレーション（ｈｉｇｈ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）などの性能が求められる。

また、既存の通信システムは、電力増幅器（ＰＡ）の出力信号をモニタリング（Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ）するために、カプラー（Ｃｏｕｐｌｅｒ）を含むことができる。

上記カプラーは、アンテナインピーダンスの不整合と信号の損失（ｌｏｓｓ）などのようないくつかの動作上の欠点を有する。しかし、上記カプラーは、出力信号の制御と入力信号の制御に用いることで、全体的なシステムの効率性を高めることができるため、電池（Ｂａｔｔｅｒｙ）放電時間の増加とシステムの調節を容易に行うことができるという利点を有する。

しかし、既存の通信システムは、高周波スイッチとは別にカプラーを含んでおり、上記高周波スイッチが集積回路（ＩＣ）として構成され、上記カプラーは、ＰＣＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）基板に印刷パターン（ＰＣＢ Ｐａｔｔｅｒｎ）で形成されるか、個別部品として基板または上記ＰＣＢに取り付けられることができる。

上記カプラは、パワー入力ポートにおいてＲＦ信号のパワーに比べてどれくらい多くのパワーがカプラのカップリングポートに伝達されるのかを示すカップリングファクターを含む。通常、このようなカプラは、ＲＦ信号パス内の挿入損失をもたらす。その結果、上記カプラのパワー入力ポートで受信されたＲＦ信号は、上記カプラのパワー出力ポートから提供されると、より低いパワーを有する場合がある。挿入損失は、上記カップリングポートに提供されるＲＦ信号の部分的電力損失として発生することがあり／または上記カプラの主伝送ラインに関する損失に影響を与える可能性がある。上述のように、ＰＣＢ基板実装式のカプラーがＩＣタイプの高周波スイッチとは別に高周波スイッチの外部に構成されるシステムにおいて、カプラーの占有面積が大きくなるという問題点や、カプラーにおける電力損失が大きいことによって効率が低下するなどの問題点がある。

また、通信システムが、高周波スイッチとは別に送信／受信（Ｔｘ／Ｒｘ）カップリングのために双方向カプラー（Ｂｉ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｃｏｕｐｌｅｒ）を含む場合には、上記双方向カプラーが順方向（Ｆｏｒｗａｒｄ）及び逆方向（Ｒｅｖｅｒｓｅ）の双方向への信号を検出することができる。しかし、この場合、使用周波数によっては通信モジュールにおいてカプラーが大きい占有面積を占めることになり、ＰＣＢの構成によるライン損失（ｌｉｎｅ Ｌｏｓｓ）により、電力増幅器（ＰＡ）の効率がさらに減少するという問題点がある。

韓国特許登録第０４３３０８２４号公報

本発明の一実施形態は、高周波スイッチ及びカプラーを含ませて集積回路（ＩＣ）として構成することで、占有面積及びサイズを減らすことができ、高周波スイッチ回路に含まれた複数のスイッチ素子のうちオフ状態のスイッチ素子のキャパシタンスを用いてカプラーのカップリング特性を改善することができる高周波スイッチ装置を提供する。

本発明の一実施形態によると、第１信号ポートと共通ポートとの間に接続され、第１バンド信号をスイッチングする第１バンドスイッチ回路を含む高周波スイッチと、上記高周波スイッチの共通ポートとアンテナポートとの間に形成された信号配線に隣接して、上記信号配線と第１カップリング信号を形成する第１カップリング配線を含むカプラーと、を含み、上記第１カップリング配線の共振周波数は、上記第１カップリング配線によるインダクタンス及び上記高周波スイッチのキャパシタンスに基づいて決定される高周波スイッチ回路が提案される。

上記第１バンドスイッチ回路は、上記第１信号ポートと共通ポートとの間に接続された第１直列スイッチ回路と、上記第１信号ポートと接地との間に接続された第１シャントスイッチ回路と、を含み、上記第１カップリング配線の共振周波数は、上記第１カップリング配線によるインダクタンス及びオフ状態の第１シャントスイッチ回路のキャパシタンスに基づいて決定することができる。

上記カプラーは、上記第１カップリング配線と離隔し、且つ上記信号配線に隣接して、上記信号配線と第２カップリング信号を形成する第２カップリング配線をさらに含み、上記第２カップリング配線の共振周波数は、上記第１カップリング配線によるインダクタンス及び上記第１バンドスイッチ回路のキャパシタンスに基づいて決定することができる。

上記第１バンドスイッチ回路は、上記第１信号ポートと共通ポートとの間に接続された第１直列スイッチ回路と、上記第１信号ポートと接地との間に接続された第１シャントスイッチ回路と、を含み、上記第２カップリング配線の共振周波数は、上記第１カップリング配線によるインダクタンス及びオフ状態のシャントスイッチ回路のキャパシタンスに基づいて決定することができる。

上記第１カップリング配線の共振周波数が、上記第１カップリング配線によるインダクタンス及びオフ状態の第１シャントスイッチ回路のキャパシタンスによって、上記第１バンドスイッチ回路を介して伝達される第１バンド信号の周波数と一致することができる。

上記第１カップリング配線の共振周波数は、オフ状態の第１シャントスイッチ回路のキャパシタンス、上記信号配線と上記第１カップリング配線との間の相互キャパシタンス及び相互インダクタンスに基づいて決定することができる。

上記カプラーによる共振周波数Ｆｒｅｓは下記数学式に基づいて決定されることができ、

上記式中、Ｃｏｆｆはオフ状態の第１シャントスイッチ回路のキャパシタンスであり、Ｃｍは上記信号配線と上記第１カップリング配線との間の相互キャパシタンスであり、Ｌｍは上記信号配線と上記第１カップリング配線との間の相互インダクタンスであり、Ｚｏは第１信号ポートの固有インピーダンスである。

上記高周波スイッチと上記カプラーは集積回路基板に一体に形成される高周波スイッチ回路であることができる。

本発明の他の実施形態によると、第１信号ポートと共通ポートとの間に接続され、第１バンド信号をスイッチングする第１バンドスイッチ回路を含む高周波スイッチと、上記 高周波スイッチとアンテナポートとの間に形成された信号配線に隣接して、上記信号配線と第１カップリング信号を形成する第１カップリング配線を含むカプラーと、を含み、上記共通ポートに接続されて、上記高周波スイッチと上記カプラーとの間のインピーダンスのマッチングを行う段間マッチング回路と、を含み、上記第１カップリング配線の共振周波数は、上記第１カップリング配線によるインダクタンス及び上記高周波スイッチのキャパシタンスに基づいて決定される高周波スイッチ装置が提案される。

上記第１バンドスイッチ回路は、上記第１信号ポートと共通ポートとの間に接続された第１直列スイッチ回路と、上記第１信号ポートと接地との間に接続された第１シャントスイッチ回路と、を含み、上記第１カップリング配線の共振周波数は、上記第１カップリング配線によるインダクタンス及びオフ状態の第１シャントスイッチ回路のキャパシタンスに基づいて決定することができる。

上記カプラーは、上記第１カップリング配線と離隔し、且つ上記高周波スイッチの共通ポートとアンテナに連結されるアンテナポートとの間に形成された信号配線に隣接して、上記信号配線との第２カップリング信号を形成する第２カップリング配線をさらに含み、上記第２カップリング配線の共振周波数は、上記第１カップリング配線によるインダクタンス及び上記第１バンドスイッチ回路のキャパシタンスに基づいて決定することができる。

上記第１バンドスイッチ回路は、上記第１信号ポートと共通ポートとの間に接続された第１直列スイッチ回路と、上記第１信号ポートと接地との間に接続された第１シャントスイッチ回路と、を含み、上記第２カップリング配線の共振周波数は、上記第１カップリング配線によるインダクタンス及びオフ状態の第１シャントスイッチ回路のキャパシタンスに基づいて決定することができる。

上記第１カップリング配線の共振周波数が、上記第１カップリング配線によるインダクタンス及びオフ状態の第１シャントスイッチ回路のキャパシタンスによって、上記第１バンドスイッチ回路から伝達される第１バンド信号の周波数と一致することができる。

上記第１カップリング配線の共振周波数は、オフ状態の第１シャントスイッチ回路のキャパシタンス、上記信号配線と上記第１カップリング配線との間の相互キャパシタンス及び相互インダクタンスに基づいて決定することができる。

上記カプラーの共振周波数は下記数学式により決定されることができ、

上記式中、Ｃｏｆｆはオフ状態の第１シャントスイッチ回路のキャパシタンスであり、Ｃｍは上記信号配線と上記第１カップリング配線との間の相互キャパシタンスであり、Ｌｍは上記信号配線と上記第１カップリング配線との間の相互インダクタンスであり、Ｚｏは第１信号ポートの固有インピーダンスである。

上記高周波スイッチと上記カプラーは集積回路基板に一体に形成されるように構成することができる。

本発明のさらに他の実施形態によると、第１直列スイッチ回路と第１シャントスイッチ回路とを含み、上記第１直列スイッチ回路は、信号ポートと共通ポートとの間に接続された第１バンドスイッチ回路と、上記共通ポートに接続された一端とアンテナポートに接続された他端を含む信号配線、及び上記信号配線とカップリングを形成するように上記信号配線と同一の平面上に配置されて第１カップリング信号を提供する第１カップリング配線を含むカプラーと、を含み、上記第１カップリング配線の共振周波数は、上記第１カップリング配線のインダクタンスとスイッチオフ状態の上記第１シャントスイッチ回路のキャパシタンスに基づいて決定される装置が提案される。

上記第１カップリング配線は、第１検出ポートと抵抗との間に配置されるように構成することができる。

上記装置は、スイッチオフ状態の上記第１シャントスイッチ回路とスイッチオン状態の第１直列スイッチ回路に応答して、上記第１バンドスイッチ回路が第１バンド信号を上記カプラーに伝送することができる。

上記装置は、上記第１カップリング配線とは正反対に、上記信号配線と同一の平面上に配置され、上記信号配線とカップリングを形成し、信号受信強度を監視するように第２カップリング信号を提供する第２カップリング配線をさらに含むことができる。

上記装置は、上記カプラーとアンテナ端子との間に配置されて、信号伝送損失を減少させるように上記第１バンドスイッチ回路のインピーダンスをマッチングし、上記アンテナ端子のインピーダンスと上記カプラーのインピーダンスを互いにマッチングする出力マッチング回路をさらに含むことができる。

上記カプラーのインピーダンスは、上記第１バンドスイッチ回路のインピーダンスとは異なければよい。

上記装置は、上記第１バンドスイッチ回路を含み、上記信号ポートと上記共通ポートとの間に接続された高周波スイッチと、上記高周波スイッチと上記カプラーとの間に配置され、上記高周波スイッチと上記カプラーとの間のインピーダンスをマッチングする段間マッチング回路と、をさらに含むことができる。

上記信号配線は集積回路の第１層に配置され、上記第１及び第２カップリング配線は上記集積回路の第２層に配置され、上記第１及び第２カップリング配線の該当抵抗、上記第１及び第２カップリング配線の該当接地、及び上記集積回路の接地部は上記集積回路の第３層に配置されるように構成することができる。

上記第２層は上記第１層の下部に配置され、上記第３層は上記第２層の下部に配置されるように構成することができる。

上記第１及び第２カップリング配線は、上記第１及び第２カップリング配線と上記集積回路の接地部との間の距離を相対的に増加させるように上記集積回路の接地部が配置されている層とは異なる上記集積回路の層に配置されるように構成することができる。

本発明のさらに他の実施形態によると、第１直列スイッチ回路と第１シャントスイッチ回路とを含み、上記第１直列スイッチ回路は信号ポートと共通ポートとの間に接続された第１バンドスイッチ回路と、上記共通ポートに接続された一端とアンテナポートに接続された他端を含む信号配線、及び上記信号配線とカップリングを形成するように信号配線と同一の平面上に配置されて第１カップリング信号を提供する第１カップリング配線を含むカプラーと、を含み、上記第１カップリング配線の共振周波数は、スイッチオフ状態の上記第１シャントスイッチ回路のキャパシタンス、及び上記信号配線と上記第１カップリング配線との間の相互インダクタンス及び相互キャパシタンスに基づいて決定される装置が提案される。

上記第１カップリング配線と上記信号配線は、上記信号配線と上記第１カップリング配線との間の相互インダクタンス及び相互キャパシタンスを形成するように互いにカップリングされるように構成することができる。

上記第１シャントスイッチ回路は、上記信号ポートと接地との間に接続され、上記第１シャントスイッチ回路の第２ゲート信号に応じてスイッチオン状態からスイッチオフ状態に変更されるように構成することができる。

上記装置は、スイッチオフ状態の上記第１シャントスイッチ回路とスイッチオン状態の第１直列スイッチ回路に応答して、上記第１バンドスイッチ回路が第１バンド信号を上記カプラーに伝送することができる。

上記共振周波数Ｆｒｅｓは、下記数学式により決定されることができ、

上記式中、Ｃｏｆｆはオフ状態のシャントスイッチ回路のキャパシタンスであり、Ｃｍは上記信号配線と上記第１カップリング配線との間の相互キャパシタンスであり、Ｌｍは上記信号配線と上記第１カップリング配線との間の相互インダクタンスであり、Ｚｏは信号ポートの固有インピーダンスである。

本発明の一実施形態によると、高周波スイッチにカプラーを内蔵させてＩＣ（集積回路）化することで、占有面積及びサイズを減らすことができ、ＰＣＢ基板上に実装されるパターンからなるカプラーに比べて信号損失を低減することができる。

上記高周波スイッチの共通ポートとアンテナポートとの間にカプラーを配置させて、一つのカプラーを含むことで、既存のバンド経路毎にカプラーを配置するより占有面積及び製作コストの点で有利である。また、アンテナを介して送出する直前にカプラーにより検出するため、より正確な検出を行うことができる。

また、高周波スイッチに含まれる複数のスイッチ素子のうちオフ状態のスイッチ素子のキャパシタンスを用いて共振周波数を該当帯域周波数と一致させることで、カプラーの損失を低減することができるため、カプラーの特性を向上させることができる。

さらに、カプラーの損失を低減することにより、相対的に電力消費を低減することができるという効果もある。

本発明の一実施形態によるカプラー内蔵型高周波スイッチ回路の一例示図である。 本発明の一実施形態によるカプラー内蔵型高周波スイッチ装置の一例示図である。 本発明の一実施形態によるカプラー内蔵型高周波スイッチ装置の他の例示図である。 本発明の一実施形態によるカプラー内蔵型高周波スイッチ装置のさらに他の例示図である。 本発明の一実施形態による第１バンドスイッチ回路の一例示図である。 図５に示す第１バンドスイッチ回路のオン状態の等価回路図である。 本発明の一実施形態による第Ｎバンドスイッチ回路の一例示図である。 図７に示す第Ｎバンドスイッチ回路のオン状態の等価回路図である。 図２に示すカプラーの一例示図である。 図２に示すカプラーの一例示図である。 図２に示すカプラーの一例示図である。 図１に示すカプラーを説明するための図である。 （ａ）及び（ｂ）は、従来技術によってＰＣＢ基板に形成されるカプラーと、本発明の一実施形態によるＩＣ内蔵型カプラーのそれぞれの性能を示したグラフである。

以下では、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために拡大縮小表示（または強調表示や簡略化表示）がされることがある。

図１は本発明の一実施形態によるカプラー内蔵型高周波スイッチ回路の一例示図である。

図１を参照すると、本発明の一実施形態によるカプラー内蔵型高周波スイッチ回路１００は、高周波スイッチ１１０と、カプラー１２０と、を含む。

上記高周波スイッチ１１０は、第１信号ポートＰ１と共通ポートＰｃｏｍとの間に接続される。上記第１バンドスイッチ回路ＳＷＢ１はキャパシタＣｏｆｆを含むことができ、上記高周波スイッチ１１０は上記第１信号ポートＰ１から受信された第１バンド信号ＳＢ１をスイッチングするように構成されることができる。

本発明の各実施形態において、上記高周波スイッチ１１０は一つの第１バンドスイッチ回路ＳＷＢ１を含むことができる。または、上記高周波スイッチ１１０は、複数の第１〜第Ｎバンドスイッチ回路ＳＷＢ１〜ＳＷＢＮ（ここで、Ｎは２以上の自然数である）を含むことができる。

この場合、上記第１バンドスイッチ回路ＳＷＢ１は、第１信号ポートＰ１と共通ポートＰｃｏｍとの間に接続されて第１バンド信号ＳＢ１をスイッチングすることができ、上記第Ｎバンドスイッチ回路ＳＷＢＮは、第Ｎ信号ポートＰＮと共通ポートＰｃｏｍとの間に接続されて第Ｎバンド信号ＳＢＮをスイッチングすることができる。

上記高周波スイッチ１１０は本発明の各実施形態に同様に適用されるため、本発明の各実施形態において高周波スイッチ１１０についての重複説明は省略することがある。

上記カプラー１２０は、第１検出ポートＰＣＰＬ１と抵抗Ｒ１１の一端との間に存在し、ＧＮＤ１の他端で接地される第１カップリング配線ＬＣＰＬ１を含むことができる。上記第１カップリング配線ＬＣＰＬ１は、信号配線Ｌａｎｔに隣接して（ａｄｊａｃｅｎｔ ｔｏ）、同一の平面において（ｃｏｅｘｔｅｎｓｉｖｅ ｔｏ）並列に（ｐａｒａｌｌｅｌ ｔｏ）、また、充分に近く（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ ｐｒｏｘｉｍａｔｅ ｔｏ）または近接して（ｎｅａｒ ｔｏ）配置されて、上記信号配線Ｌａｎｔとの第１カップリング信号を形成することができる。上記信号配線Ｌａｎｔは、上記カプラー１２０の間、すなわち、図１に示す一端Ｐ１１と他端Ｐ１２との間に位置する。上記カプラー１２０は、上記高周波スイッチ１１０の共通ポートＰｃｏｍとアンテナポートＰａｎｔとの間に形成され、配置され、または位置する。また、上記信号配線Ｌａｎｔと信号カップリングを形成し、第１検出ポートＰＣＰＬ１において上記第１カップリング信号を出力することができる。

この場合、上記第１カップリング配線ＬＣＰＬ１の共振周波数Ｆｒｅｓは、上記第１カップリング配線ＬＣＰＬ１によるインダクタンス及び上記高周波スイッチ１１０のキャパシタンスＣｏｆｆに基づいて決定されるように構成することができる。

一実施例として、上記信号配線Ｌａｎｔの一端Ｐ１１は上記高周波スイッチ１１０の共通ポートＰｃｏｍに接続され、上記信号配線Ｌａｎｔの他端Ｐ１２はアンテナポートＰａｎｔに接続されるように構成することができる。

本発明の各図面上の同一の符号及び同一の機能の構成要素についての不要な重複説明はできるかぎり省略することがあり、各図面を参照してできるだけ異なる事項についてのみ説明する。

図２は本発明の一実施形態によるカプラー内蔵型高周波スイッチ装置の一例示図である。

図２を参照すると、本発明の一実施形態によるカプラー内蔵型高周波スイッチ装置は、高周波スイッチ回路１００と、出力マッチング回路２５０と、を含むことができる。

上記高周波スイッチ回路１００のカプラー１２０は、図１に示された構造に加えて、第２カップリング配線ＬＣＰＬ２をさらに含むことができる。

上記第２カップリング配線ＬＣＰＬ２は、第２検出ポートＰＣＰＬ２と抵抗Ｒ２１の一端との間に存在し、ＧＮＤ２の他端で接地されるように構成することができる。上記第２カップリング配線ＬＣＰＬ２は、図１に示す上記信号配線Ｌａｎｔに隣接して（ａｄｊａｃｅｎｔ ｔｏ）、同一の平面において（ｃｏｅｘｔｅｎｓｉｖｅ ｔｏ）並列に（ｐａｒａｌｌｅｌ ｔｏ）、また、充分に近く（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ ｐｒｏｘｉｍａｔｅ ｔｏ）または近接して（ｎｅａｒ ｔｏ）配置されて、上記信号配線Ｌａｎｔとの第２カップリング信号を形成することができる。一例として、上記第２カップリング配線ＬＣＰＬ２の共振周波数Ｆｒｅｓは、上記第２カップリング配線ＬＣＰＬ２によるインダクタンス及び上記第１バンドスイッチ回路ＳＷＢ１のキャパシタンスＣｏｆｆに基づいて決定することができる。

上記出力マッチング回路２５０は、上記高周波スイッチ回路１００のアンテナポートＰａｎｔとアンテナが接続されるアンテナ端子Ｔｏｕｔとの間に接続され、アンテナポートＰａｎｔとアンテナ端子Ｔｏｕｔとの間のインピーダンスをマッチングさせることで、信号の伝達損失を低減することができる。

図１及び図２を参照すると、本発明の一実施形態によるカプラー内蔵型高周波スイッチ回路１００は、高周波スイッチ１１０及びカプラー１２０を含んで、一つの集積回路基板に形成する場合、同一製作工程を用いて一つの集積回路基板またはシングル集積回路基板として構成されることができる。

一例として、集積回路はＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ−Ｏｎ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）などの半導体基板を用いる集積回路であることができ、例えば、上記ＳＯＩなどのような半導体基板を用いる場合、高い抵抗性（ｈｉｇｈ ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）といった基板の特性により損失を低減することができる。上記高周波スイッチ１１０とカプラー１２０は、互いに隣接して（ａｄｊａｃｅｎｔ ｔｏ）、同一平面上に（ｃｏｅｘｔｅｎｓｉｖｅ ｔｏ）、並列に（ｐａｒａｌｌｅｌ ｔｏ）、また、実質的に近く（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ ｐｒｏｘｉｍａｔｅ ｔｏ）または近接して（ｎｅａｒ ｔｏ）配置することで、挿入損失を最小化することができる。

これにより、一実施形態によるカプラー内蔵型高周波スイッチ回路１００を用いると、挿入損失を改善するとともに、占有面積及びサイズを減少することができる。

上記カプラー１２０の第１カップリング配線ＬＣＰＬ１は第１検出ポートＰＣＰＬ１及び第１抵抗Ｒ１１に接続されるように構成することができる。

上記第１検出ポートＰＣＰＬ１は、上記共通ポートＰｃｏｍ側に互いに隣接して（ａｄｊａｃｅｎｔ ｔｏ）、同一平面上に（ｃｏｅｘｔｅｎｓｉｖｅ ｔｏ）、並列に（ｐａｒａｌｌｅｌ ｔｏ）、また、実質的に近く（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ ｐｒｏｘｉｍａｔｅ ｔｏ）または近接して（ｎｅａｒ ｔｏ）配置された上記第１カップリング配線ＬＣＰＬ１の一端に連結され、上記信号配線Ｌａｎｔからカップリングされる第１カップリング信号を出力することができる。ここで、上記第１カップリング配線ＬＣＰＬ１を介して提供される第１カップリング信号は、送信電力をモニタリングするための信号として用いることができる。

上記第１抵抗Ｒ１１は、上記アンテナポートＰａｎｔ側に隣接して（ａｄｊａｃｅｎｔ ｔｏ）、同一平面上に（ｃｏｅｘｔｅｎｓｉｖｅ ｔｏ）、並列に（ｐａｒａｌｌｅｌ ｔｏ）、また、実質的に近く（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ ｐｒｏｘｉｍａｔｅ ｔｏ）または近接して（ｎｅａｒ ｔｏ）配置された上記第１カップリング配線ＬＣＰＬ１の他端と接地との間に接続され、インピーダンスをマッチングすることができる。ここで、上記第１抵抗Ｒ１１はインピーダンスマッチング用抵抗であって、一例として、５０Ωに設定することができる。

また、上記カプラー１２０の第２カップリング配線ＬＣＰＬ２は第２検出ポートＰＣＰＬ２及び第２抵抗Ｒ２１に接続されるように構成することができる。

上記第２検出ポートＰＣＰＬ２は、上記アンテナポートＰａｎｔ側に互いに隣接して（ａｄｊａｃｅｎｔ ｔｏ）、同一平面上に（ｃｏｅｘｔｅｎｓｉｖｅ ｔｏ）、並列に（ｐａｒａｌｌｅｌ ｔｏ）、また、実質的に近く（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ ｐｒｏｘｉｍａｔｅ ｔｏ）または近接して（ｎｅａｒ ｔｏ）配置された上記第２カップリング配線ＬＣＰＬ２の一端に連結され、上記信号配線Ｌａｎｔからカップリングされる第２カップリング信号を出力することができる。ここで、上記第２カップリング配線ＬＣＰＬ２を介して提供される第２カップリング信号は、受信強度をモニタリングするための信号として用いることができる。上記第２カップリング配線ＬＣＰＬ２は、上記第１カップリング配線とは正反対に、上記信号配線と同一の平面上に配置され、上記信号配線とカップリングを形成し、信号受信強度を監視するように第２カップリング信号を提供することができる。

上記第２抵抗Ｒ２１は、上記共通ポートＰｃｏｍ側に隣接して（ａｄｊａｃｅｎｔ ｔｏ）、同一平面上に（ｃｏｅｘｔｅｎｓｉｖｅ ｔｏ）、並列に（ｐａｒａｌｌｅｌ ｔｏ）、また、実質的に近く（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ ｐｒｏｘｉｍａｔｅ ｔｏ）または近接して（ｎｅａｒ ｔｏ）配置された上記第２カップリング配線ＬＣＰＬ２の他端と接地との間に接続され、インピーダンスをマッチングすることができる。ここで、上記第２抵抗Ｒ２１はインピーダンスマッチング用抵抗であって、一例として、５０Ωに設定することができる。

上述のように、カプラー１２０が高周波スイッチ１１０とともに集積回路（ＩＣ）として構成される場合、ＰＣＢパターンで基板に形成される場合や別のカプラー素子として基板に実装される場合に比べて、占有面積及びサイズを減少するとともに、カプラー自体の損失も、ＰＣＢパターンで基板に形成される場合や別のカプラー素子として基板に実装される場合に比べて改善することができる利点がある。

一方、図１及び図２に示したように、高周波スイッチ１１０とカプラー１２０を含む集積回路において、５０Ωのアンテナ端子に連結される上記カプラー１２０のインピーダンスと、上記高周波スイッチ１１０のインピーダンスとが一致しない。一例として、上記高周波スイッチ１１０は５０Ωではなく、上記カプラー１２０はアンテナ端子と連結されるため、アンテナと同様に５０Ωであり得る。

一例として、上記高周波スイッチ１１０のインピーダンスと、アンテナ端子及びカプラー１２０のインピーダンスとをマッチングさせるための目的として、上記カプラー１２０とアンテナ端子Ｔｏｕｔとの間に出力マッチング回路２５０を配置することができる。選択的な実施例として、上記出力マッチング回路２５０が上記高周波スイッチ装置１００の外部に配置されることが図２に示されているが、上記出力マッチング回路２５０は高周波スイッチ装置１００の内部に集積化される形で実装することができる。

これにより、上記出力マッチング回路２５０は上記高周波スイッチ回路１００とアンテナ端子Ｔｏｕｔとの間のインピーダンスをマッチングさせることができる。その結果、高周波スイッチ１１０とカプラー１２０との間のインピーダンスがマッチングされ、上記カプラー１２０とアンテナ端子との間のインピーダンスがマッチングされる。

図３は本発明の一実施形態によるカプラー内蔵型高周波スイッチ装置の他の一例示図である。

図３を参照すると、本発明の一実施形態によるカプラー内蔵型高周波スイッチ装置は、高周波スイッチ回路１００と、段間マッチング回路２２０と、を含むことができる。選択的な実施例として、上記段間マッチング回路２２０が上記高周波スイッチ装置１００の外部に配置されることが図３に示されているが、上記段間マッチング回路２２０は高周波スイッチ装置１００の内部に集積化される形で実装することができる。

上記高周波スイッチ回路１００については、図１及び図２を参照して説明した内容と同一であるため、その詳細説明は省略する。

上記カプラー１２０は第１カップリング配線ＬＣＰＬ１を含むことができ、上記第１カップリング配線ＬＣＰＬ１は、上記段間マッチング回路２２０とアンテナポートＰａｎｔとの間に形成された信号配線Ｌａｎｔに隣接して（ａｄｊａｃｅｎｔ ｔｏ）、同一平面上に（ｃｏｅｘｔｅｎｓｉｖｅ ｔｏ）、並列に（ｐａｒａｌｌｅｌ ｔｏ）、また、実質的に近く（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ ｐｒｏｘｉｍａｔｅ ｔｏ）または近接して（ｎｅａｒ ｔｏ）配置されることで、上記信号配線Ｌａｎｔの一部と第１カップリング信号を形成することができる。ここで、上記信号配線Ｌａｎｔの一端Ｐ２１は段間マッチング回路２２０に接続され、上記信号配線Ｌａｎｔの他端Ｐ２２はアンテナポートＰａｎｔに接続されるように構成することができる。

上記段間マッチング回路２２０は、上記高周波スイッチ１１０の共通ポートＰｃｏｍと上記カプラー１２０との間に接続される。上記段間マッチング回路２２０は、上記高周波スイッチ１１０とカプラー１２０との間のインピーダンスをマッチングするように構成される。

また、上記第１カップリング配線ＬＣＰＬ１の共振周波数Ｆｒｅｓは、上記第１カップリング配線ＬＣＰＬ１によるインダクタンス及び上記高周波スイッチ１１０のキャパシタンスＣｏｆｆに基づいて決定することができる。

図４は本発明の一実施形態によるカプラー内蔵型高周波スイッチ装置のさらに他の一例示図である。

図４を参照すると、本発明の一実施形態によるカプラー内蔵型高周波スイッチ装置は、高周波スイッチ回路１００と、段間マッチング回路２２０と、を含むことができる。

上記高周波スイッチ回路１００のカプラー１２０は、図３に示された構造に加えて、第２カップリング配線ＬＣＰＬ２をさらに含むことができる。

上記第２カップリング配線ＬＣＰＬ２は、図３を参照して説明した上記信号配線Ｌａｎｔに隣接して配置され、上記信号配線Ｌａｎｔと第２カップリング信号を形成する。

一例として、上記第２カップリング配線ＬＣＰＬ２の共振周波数Ｆｒｅｓは、上記第２カップリング配線ＬＣＰＬ２によるインダクタンス及び上記第１バンドスイッチ回路ＳＷＢ１のキャパシタンスＣｏｆｆに基づいて決定することができる。

上記段間マッチング回路２２０は、上記高周波スイッチ１１０の共通ポートＰｃｏｍと上記カプラー１２０との間に接続され、上記高周波スイッチ１１０とカプラー１２０との間のインピーダンスをマッチングさせることができる。

その一方で、図３及び図４に示したように、高周波スイッチ１１０とカプラー１２０を含む集積回路において、５０Ωのアンテナポートに連結された上記カプラー１２０のインピーダンスは、上記高周波スイッチ１１０のインピーダンスと異なるか、または一致しない。一例として、上記高周波スイッチ１１０は５０Ωではなく、上記カプラー１２０はアンテナと連結されるため、アンテナと同様に５０Ωであり得る。

一例として、上記高周波スイッチ１１０とカプラー１２０との間のインピーダンスをマッチングさせるために、上記高周波スイッチ１１０とカプラー１２０との間に段間マッチング回路２２０を配置することができる。この場合、上記段間マッチング回路２２０は、上記高周波スイッチ１１０と上記カプラー１２０を含む集積回路の外部に配置されるように構成することができる。

上記段間マッチング回路２２０は、上記高周波スイッチ１１０と上記カプラー１２０との間に接続される。上記段間マッチング回路２２０は、上記高周波スイッチ１１０とカプラー１２０との間のインピーダンスをマッチングするように構成される。

図５は本発明の一実施形態による第１バンドスイッチ回路の一例示図であり、図６は図５に示す第１バンドスイッチ回路のオン状態の等価回路図であり、図７は本発明の一実施形態による第Ｎバンドスイッチ回路の一例示図であり、図８は図７に示す第Ｎバンドスイッチ回路のオン状態の等価回路図である。

図５及び図６を参照すると、上記第１バンドスイッチ回路ＳＷＢ１は、第１直列スイッチ回路ＳＷ１−１と、第１シャントスイッチ回路ＳＷ１−２と、を含むことができる。

上記第１直列スイッチ回路ＳＷ１−１は、上記第１信号ポートＰ１と共通ポートＰｃｏｍとの間に接続され、第１ゲート信号ＳＧ１−１に応じてオン状態またはオフ状態になることができ、その反対になることもできる。一例として、上記第１直列スイッチ回路ＳＷ１−１は、上記第１信号ポートＰ１と共通ポートＰｃｏｍとの間に直列に接続される、ＭＯＳＦＥＴ（ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ、またはＰチャンネルＭＯＳＦＥＴのように、一つまたはそれ以上のスイッチ素子を含むことができる。

上記第１シャントスイッチ回路ＳＷ１−２は、上記第１信号ポートＰ１と接地との間に接続され、第２ゲート信号ＳＧ１−２に応じてオン状態またはオフ状態になることができ、その反対になることもできる。一例として、上記第１シャントスイッチ回路ＳＷ１−２は、上記第１信号ポートＰ１と接地との間に直列に接続される、ＭＯＳＦＥＴ（ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ、またはＰチャンネルＭＯＳＦＥＴのように、一つまたはそれ以上のスイッチ素子を含むことができる。

また、上記複数のスイッチ素子（Ｍ１−１、Ｍ１−２）はＭＯＳトランジスターであることができ、ＭＯＳトランジスターの形態は特に限定されない。

一例として、上記第１バンドスイッチ回路ＳＷＢ１が第１バンド信号ＳＢ１を伝達するためには、第１ゲート信号ＳＧ１−１の高電圧レベルに応じて上記第１直列スイッチ回路ＳＷ１−１がオン状態である際に、第２ゲート信号ＳＧ１−２の低電圧レベルに応じて上記第１シャントスイッチ回路ＳＷ１−２がオフ状態になることができる。この場合、オフ状態の第１シャントスイッチ回路ＳＷ１−２はキャパシタンスＣｏｆｆを有するようになる。

この際、上記第１カップリング配線ＬＣＰＬ１の共振周波数Ｆｒｅｓは、上記第１カップリング配線ＬＣＰＬ１によるインダクタンス及びオフ状態の第１シャントスイッチ回路ＳＷ１−２のキャパシタンスＣｏｆｆに基づいて決定することができる。

これと異なって、上記第１バンドスイッチ回路ＳＷＢ１が第１バンド信号ＳＢ１を遮断するためには、第１ゲート信号ＳＧ１−１の低電圧レベルに応じて上記第１直列スイッチ回路ＳＷ１−１がオフ状態である際に、第２ゲート信号ＳＧ１−２の高電圧レベルに応じて上記第１シャントスイッチ回路ＳＷ１−２がオン状態になることができる。

図７及び図８を参照すると、上記第Ｎバンドスイッチ回路ＳＷＢＮは、第Ｎ直列スイッチ回路ＳＷＮ−１と、第Ｎシャントスイッチ回路ＳＷＮ−２と、を含むことができる。

上記第Ｎ直列スイッチ回路ＳＷＮ−１は、上記第Ｎ信号ポートＰＮと共通ポートＰｃｏｍとの間に接続され、第１ゲート信号ＳＧＮ−１に応じてオン状態またはオフ状態になることができ、その反対になることもできる。一例として、上記第Ｎ直列スイッチ回路ＳＷＮ−１は、上記第Ｎ信号ポートＰＮと共通ポートＰｃｏｍとの間に直列に接続される、ＭＯＳＦＥＴ、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ、またはＰチャンネルＭＯＳＦＥＴのように、一つまたはそれ以上のスイッチ素子を含むことができる。

上記第Ｎシャントスイッチ回路ＳＷＮ−２は、上記第Ｎ信号ポートＰＮと接地との間に接続され、第２ゲート信号ＳＧＮ−２に応じてオン状態またはオフ状態になることができ、その反対になることもできる。一例として、上記第Ｎシャントスイッチ回路ＳＷＮ−２は、上記第Ｎ信号ポートＰＮと接地との間に直列に接続される、ＭＯＳＦＥＴ、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ、またはＰチャンネルＭＯＳＦＥＴのように、一つまたはそれ以上のスイッチ素子（ＭＮ−２）を含むことができる。

ここで、上記複数のスイッチ素子はＭＯＳトランジスターであることができ、ＭＯＳトランジスターの形態は特に限定されない。

一例として、上記第Ｎバンドスイッチ回路ＳＷＢＮが第Ｎバンド信号ＳＢＮを伝達するためには、第１ゲート信号ＳＧＮ−１の高電圧レベルに応じて上記第Ｎ直列スイッチ回路ＳＷＮ−１がオン状態である際に、第２ゲート信号ＳＧＮ−２の低電圧レベルに応じて上記第Ｎシャントスイッチ回路ＳＷＮ−２がオフ状態になることができる。この場合、オフ状態の第Ｎシャントスイッチ回路ＳＷＮ−２はキャパシタンスＣｏｆｆを有するようになる。

この際、上記第１カップリング配線ＬＣＰＬ１の共振周波数Ｆｒｅｓは、上記第１カップリング配線ＬＣＰＬ１によるインダクタンス及びオフ状態の第Ｎシャントスイッチ回路ＳＷＮ−２のキャパシタンスＣｏｆｆに基づいて決定することができる。

これと異なって、上記第Ｎバンドスイッチ回路ＳＷＢＮが第Ｎバンド信号ＳＢＮを遮断するためには、第１ゲート信号ＳＧＮ−１の低電圧レベルに応じて上記第Ｎ直列スイッチ回路ＳＷＮ−１がオフ状態である際に、第２ゲート信号ＳＧＮ−２の高電圧レベルに応じて上記第Ｎシャントスイッチ回路ＳＷＮ−２がオン状態になることができる。

図５から図８を参照すると、上記第１〜第Ｎシャントスイッチ回路ＳＷ１−２〜ＳＷＮ−２のそれぞれに含まれる半導体スイッチ素子の個数は、各半導体スイッチ素子のオフ状態におけるキャパシタンスが合算されて上記カプラー１２０の共振周波数Ｆｒｅｓに影響を与えるため、上記カプラー１２０の共振周波数Ｆｒｅｓを決定する上記該当シャントスイッチ回路のオフ状態におけるスイッチ素子の全体キャパシタンスＣｏｆｆを考慮して決定することができる。

図５から図８を参照すると、上記第１カップリング配線ＬＣＰＬ１の共振周波数Ｆｒｅｓは、上記第１カップリング配線ＬＣＰＬ１によるインダクタンス及びオフ状態の第１シャントスイッチ回路ＳＷ１−２のキャパシタンスＣｏｆｆによって、上記第１バンドスイッチ回路ＳＷＢ１を介して伝達される第１バンド信号ＳＢ１の周波数と一致することができる。

本発明の各実施形態において、上記カプラー１２０は単層半導体基板に形成されてもよく、より小型に製作するためには多層半導体基板に形成されてもよい。これについての一例を図９ａから図９ｃを参照して説明する。

図９ａ、図９ｂ及び図９ｃは、図２に示すカプラーの一例示図である。図９ａはカプラー１２０の斜視図であり、図９ｂは図９ａの第１及び第２カップリング配線ＬＣＰＬ１、ＬＣＰＬ２を示す図であり、図９ｃは第１カップリング配線ＬＣＰＬ１、第１抵抗（図２のＲ１１）及び第１接地ＧＮＤ１の拡大図（図９ｂの領域Ａを拡大表示した図）である。

図９ａ及び図９ｂを参照すると、上記信号配線Ｌａｎｔが第１層に配置され、上記第１及び第２カップリング配線ＬＣＰＬ１、ＬＣＰＬ２は第２層に配置され、第１及び第２抵抗、第１及び第２接地ＧＮＤ１、ＧＮＤ２及び接地部ＧＮＤは第３層に配置されるように構成することができる。

上記第２層は上記第１層の下部に配置され、第３層は上記第２層の下部に配置されるように構成することができる。第１層と第２層との間の配線及び第２層と第３層の信号配線（または接地配線）は導電性ビアを介して電気的に連結されるように構成することができる。一例として、上記第３層に配置される第１抵抗及び第２抵抗は、導体パターンＣＰにより該当カップリング配線と接地に電気的に連結されるように構成することができる。

この際、上記第１及び第２カップリング配線ＬＣＰＬ１、ＬＣＰＬ２と接地部ＧＮＤとが互いに異なる層に配置されることで、集積回路内で離隔距離を相対的に増加させることが可能となり、これにより、相互間のアイソレーションを改善することができる。

図９ａ、図９ｂ及び図９ｃにおいて、上記信号配線Ｌａｎｔ、上記第１及び第２カップリング配線ＬＣＰＬ１、ＬＣＰＬ２を含むカプラーの構造は一例であって、これに限定されない。

一方、上記第１カップリング配線ＬＣＰＬ１の共振周波数Ｆｒｅｓは、オフ状態の第１シャントスイッチ回路ＳＷ１−２のキャパシタンスＣｏｆｆ、上記信号配線Ｌａｎｔと上記第１カップリング配線ＬＣＰＬ１との間の相互キャパシタンスＣｍ及び相互インダクタンスＬｍに基づいて決定されることができ、ここで、上記第１カップリング配線ＬＣＰＬ１によるインダクタンスは、上記相互インダクタンスであることができる。これについては図１０を参照して説明する。

図１０は図１に示すカプラーを説明するための図である。

図１０は、上記第１バンドスイッチ回路ＳＷＢ１がオン状態である場合における高周波スイッチ回路１００のカプラーの等価回路図である。上記第１バンドスイッチ回路ＳＷＢ１は、上記高周波スイッチ１１０の複数の第１〜第Ｎバンドスイッチ回路のうち第１スイッチ回路である。

図１及び図１０を参照すると、上記カプラー１２０は第１カップリング配線ＬＣＰＬ１を含むことができ、上記第１カップリング配線ＬＣＰＬ１は、図１０に示したようにインダクターで表されることができる。この場合、上記高周波スイッチ１１０の共通ポートＰｃｏｍとアンテナポートＰａｎｔとの間の信号配線Ｌａｎｔも、インダクターで表されることができる。

この際、上記第１カップリング配線ＬＣＰＬ１と信号配線Ｌａｎｔがカップリングされるように互いに隣接して配置され、上記第１カップリング配線ＬＣＰＬ１と信号配線Ｌａｎｔとの間には相互キャパシタンスＣｍ及び相互インダクタンスＬｍを形成することができる。

上記カプラー１２０の共振周波数Ｆｒｅｓは、下記式１により決定することができる。

上記式１中、Ｃｏｆｆはオフ状態のシャントスイッチ回路ＳＷ１−２のキャパシタンスであり、Ｃｍは上記信号配線Ｌａｎｔと上記第１カップリング配線ＬＣＰＬ１との間の相互キャパシタンスであり、Ｌｍは上記信号配線Ｌａｎｔと上記第１カップリング配線ＬＣＰＬ１との間の相互インダクタンスであり、Ｚｏは第１信号ポートＰ１の固有インピーダンス（線路固有インピーダンス）である。

上記式１を参照すると、カプラー内蔵型高周波スイッチ装置において、高周波スイッチ回路内のオフ状態のスイッチは、キャパシタンスＣｏｆｆで表されることができる。また、上記式１中、上記相互キャパシタンスＣｍ及び相互インダクタンスＬｍを用いてカプラーのカップリングファクター及びアイソレーション値を設定することができ、上記キャパシタンスＣｏｆｆは、上記カプラーのカップリングファクター及びアイソレーションの共振点に影響を与え得る。これを考慮して、上記相互キャパシタンスＣｍ及び相互インダクタンスＬｍを決定することができる。

一例として、カプラーの共振周波数を使用周波数と一致するように設定する場合、最も優れたカップリング特性を確保することができる。

また、図１０を参照すると、第１信号ポートＰ１を介して入力された信号がアンテナポートに接続されたアンテナを介して送信される時に、上記カプラー１２０で原信号が干渉されて見える程度をカップリングファクター（Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｆａｃｔｏｒ）とし、これに逆方向（アンテナポートから第１信号ポートＰ１）に受信される時に、上記カプラー１２０で信号が見える程度をアイソレーション（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）とすると、アイソレーション（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）は不所望な信号であるため、低い値を有するほど好ましい。

また、相互キャパシタンスＣｍによるカップリングとは異なって、相互インダクタンスＬｍによるカップリングは、カプラーの方向に応じて位相差が存在し得る。このようなカップリングファクター（Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｆａｃｔｏｒ）及びアイソレーション（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）は、下記式２及び式３で表されることができる。

上記式２及び式３中、Ｖｃｐｌはカップリング電圧であり、Ｖｉｎｐｕｔは第１信号ポートＰ１を介して入力される入力電圧であり、Ｖｏｕｔｐｕｔはアンテナポートを介して出力される出力電圧であり、ｗは各周波数（＝２πｆ、ｆは周波数）である。

上記式２及び式３を参照すると、カップリングファクター（Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｆａｃｔｏｒ）とアイソレーション（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）は、それぞれの相互キャパシタンスＣｍ及び相互インダクタンスＬｍに応じて決定され得ることが分かる。

図１１の（ａ）は、ＰＣＢ基板に形成されるカプラーの非理想的な性能を示すグラフであり、図１１の（ｂ）は、本発明の一実施形態によるＩＣ内蔵型カプラーの理想的な性能を示したグラフである。

図１１の（ａ）で、Ｇ１１は挿入損失（Ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ Ｌｏｓｓ）特性を示すグラフであり、Ｇ１２はディレクティビティ特性（Ｄｉｒｅｃｔｉｖｉｔｙ）を示すグラフであり、Ｇ１３はカップリングファクター特性を示すグラフであり、Ｇ１４はアイソレーション特性を示すグラフである。

また、図１１の（ｂ）で、Ｇ２１は挿入損失（Ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ Ｌｏｓｓ）特性を示すグラフであり、Ｇ２２はディレクティビティ特性（Ｄｉｒｅｃｔｉｖｉｔｙ）を示すグラフであり、Ｇ２３はカップリングファクター特性を示すグラフであり、Ｇ２４はアイソレーション特性を示すグラフである。

一例として、図１１（ａ）及び（ｂ）にマークされた９６０Ｍｈｚでのカプラーの性能を比較すると、図１１（ａ）で、Ｇ１１は−０．２４［ｄＢ］、Ｇ１２は−１１．６９［ｄＢ］、Ｇ１３は−２０．２２［ｄＢ］、Ｇ１４は−３１．９２［ｄＢ］であり、図１１（ｂ）で、Ｇ２１は−０．１７［ｄＢ］、Ｇ２２は−１９．０６［ｄＢ］、Ｇ２３は−１９．３１［ｄＢ］、Ｇ２４は−３８．３７［ｄＢ］である。

図１１（ａ）及び（ｂ）を参照すると、挿入損失が−０．２４［ｄＢ］から−０．１７［ｄＢ］で、０．０７［ｄＢ］程度上昇するなど、本発明の一実施形態によるＩＣ基盤のカプラーの性能が、非理想的なＰＣＢ基盤のカプラーの性能に比べて改善したことが分かる。

また、本発明の一実施形態によるＩＣ基盤のカプラーは、非理想的なＰＣＢ基盤のカプラーに比べて９０％程度の空間を節約することができる。

上述のような本発明の一実施形態によるカプラー内蔵型高周波スイッチ回路及び装置は、周波数分割多重化（ＦＤＭ）通信方式にも用いることができるが、時分割多重化（ＴＤＭ）通信方式にさらに好適であることができる。

その理由は、複数のバンド経路毎に用いるのではなく、一つの共通配線である信号配線を介して信号を検出する方式であるため、サイズ及びコストの点で有利であるという利点があるだけでなく、時分割多重化（ＴＤＭ）通信方式では、何れか一つの時点で特定帯域信号が送受信されるため、周波数分割多重化（ＦＤＭ）通信方式に比べて、一つの共通配線である信号配線を介してより正確に信号を検出することができるためである。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有する者には明らかである。

１００ 高周波スイッチ回路
１１０ 高周波スイッチ
１２０ カプラー
２２０ 段間マッチング回路
２５０ 出力マッチング回路
ＳＷＢ１〜ＳＷＢＮ 第１〜第Ｎバンドスイッチ回路
ＳＷ１−１ 第１直列スイッチ
ＳＷ１−２ 第１シャントスイッチ
ＬＣＰＬ１ 第１カップリング配線
ＬＣＰＬ２ 第２カップリング配線

Claims (31)

1. 第１信号ポートと共通ポートとの間に接続され、第１バンド信号をスイッチングする第１バンドスイッチ回路を含む高周波スイッチと、
   前記高周波スイッチの共通ポートとアンテナポートとの間に形成された信号配線に隣接して、前記信号配線との間のキャパシタンス結合および／またはインダクタンス結合により第１カップリング信号を形成する第１カップリング配線を含むカプラーと、を含み、
   前記第１カップリング配線の共振周波数は、前記第１カップリング配線によるインダクタンス及び前記高周波スイッチのキャパシタンスに基づいて決定される決定される、高周波スイッチ回路。
2. 前記第１バンドスイッチ回路は、
   前記第１信号ポートと共通ポートとの間に接続された第１直列スイッチ回路と、前記第１信号ポートと接地との間に接続された第１シャントスイッチ回路と、を含み、
   前記第１カップリング配線の共振周波数は、前記第１カップリング配線によるインダクタンス及びオフ状態の第１シャントスイッチ回路のキャパシタンスに基づいて決定される、請求項１に記載の高周波スイッチ回路。
3. 前記カプラーは、
   前記第１カップリング配線と離隔し、且つ前記信号配線に隣接して、前記信号配線と第２カップリング信号を形成する第２カップリング配線をさらに含み、
   前記第２カップリング配線の共振周波数は、前記第１カップリング配線によるインダクタンス及び前記第１バンドスイッチ回路のキャパシタンスに基づいて決定される、請求項１または請求項２に記載の高周波スイッチ回路。
4. 前記第１バンドスイッチ回路は、
   前記第１信号ポートと共通ポートとの間に接続された第１直列スイッチ回路と、前記第１信号ポートと接地との間に接続された第１シャントスイッチ回路と、を含み、
   前記第２カップリング配線の共振周波数は、前記第１カップリング配線によるインダクタンス及びオフ状態の第１シャントスイッチ回路のキャパシタンスに基づいて決定される、請求項３に記載の高周波スイッチ回路。
5. 前記第１カップリング配線の共振周波数が、前記第１カップリング配線によるインダクタンス及びオフ状態の第１シャントスイッチ回路のキャパシタンスによって、前記第１バンドスイッチ回路を介して伝達される第１バンド信号の周波数と一致する、請求項１から請求項４の何れか一項に記載の高周波スイッチ回路。
6. 前記第１カップリング配線の共振周波数は、オフ状態の第１シャントスイッチ回路のキャパシタンス、前記信号配線と前記第１カップリング配線との間の相互キャパシタンス及び相互インダクタンスに基づいて決定される、請求項１から請求項５の何れか一項に記載の高周波スイッチ回路。
7. 前記カプラーによる共振周波数Ｆｒｅｓは下記数学式に基づいて決定され、
   

   

   前記式中、Ｃｏｆｆはオフ状態の第１シャントスイッチ回路のキャパシタンスであり、Ｃｍは前記信号配線と前記第１カップリング配線との間の相互キャパシタンスであり、Ｌｍは前記信号配線と上記第１カップリング配線との間の相互インダクタンスであり、Ｚｏは第１信号ポートの固有インピーダンスである、請求項１から請求項６の何れか一項に記載の高周波スイッチ回路。
8. 前記高周波スイッチと前記カプラーは、集積回路基板に一体に形成される、請求項１から請求項７の何れか一項に記載の高周波スイッチ回路。
9. 第１信号ポートと共通ポートとの間に接続され、第１バンド信号をスイッチングする第１バンドスイッチ回路を含む高周波スイッチと、
   前記高周波スイッチとアンテナポートとの間に形成された信号配線に隣接して、前記信号配線との間のキャパシタンス結合および／またはインダクタンス結合により第１カップリング信号を形成する第１カップリング配線を含むカプラーと、
   前記共通ポートに接続されて、前記高周波スイッチと前記カプラーとの間のインピーダンスのマッチングを行う段間マッチング回路と、を含み、
   前記第１カップリング配線の共振周波数は、前記第１カップリング配線によるインダクタンス及び前記高周波スイッチのキャパシタンスに基づいて決定される、高周波スイッチ装置。
10. 前記第１バンドスイッチ回路は、
    前記第１信号ポートと共通ポートとの間に接続された第１直列スイッチ回路と、前記第１信号ポートと接地との間に接続された第１シャントスイッチ回路と、を含み、
    前記第１カップリング配線の共振周波数は、前記第１カップリング配線によるインダクタンス及びオフ状態の第１シャントスイッチ回路のキャパシタンスに基づいて決定される、請求項９に記載の高周波スイッチ装置。
11. 前記カプラーは、
    前記第１カップリング配線と離隔し、且つ前記高周波スイッチの共通ポートとアンテナに連結されるアンテナポートとの間に形成された信号配線に隣接して、前記信号配線との第２カップリング信号を形成する第２カップリング配線をさらに含み、
    前記第２カップリング配線の共振周波数は、前記第１カップリング配線によるインダクタンス及び前記第１バンドスイッチ回路のキャパシタンスに基づいて決定される、請求項９または請求項１０に記載の高周波スイッチ装置。
12. 前記第１バンドスイッチ回路は、
    前記第１信号ポートと共通ポートとの間に接続された第１直列スイッチ回路と、前記第１信号ポートと接地との間に接続された第１シャントスイッチ回路と、を含み、
    前記第２カップリング配線の共振周波数は、前記第１カップリング配線によるインダクタンス及びオフ状態の第１シャントスイッチ回路のキャパシタンスに基づいて決定される、請求項１１に記載の高周波スイッチ装置。
13. 前記第１カップリング配線の共振周波数が、前記第１カップリング配線によるインダクタンス及びオフ状態の第１シャントスイッチ回路のキャパシタンスによって、前記第１バンドスイッチ回路から伝達される第１バンド信号の周波数と一致する、請求項９から請求項１２の何れか一項に記載の高周波スイッチ装置。
14. 前記第１カップリング配線の共振周波数は、オフ状態の第１シャントスイッチ回路のキャパシタンス、前記信号配線と前記第１カップリング配線との間の相互キャパシタンス及び相互インダクタンスに基づいて決定される、請求項９から請求項１３の何れか一項に記載の高周波スイッチ装置。
15. 前記カプラーの共振周波数は下記数学式により決定され、
    

    

    前記式中、Ｃｏｆｆはオフ状態の第１シャントスイッチ回路のキャパシタンスであり、Ｃｍは前記信号配線と前記第１カップリング配線との間の相互キャパシタンスであり、Ｌｍは前記信号配線と上記第１カップリング配線との間の相互インダクタンスであり、Ｚｏは第１信号ポートの固有インピーダンスである、請求項９から請求項１４の何れか一項に記載の高周波スイッチ装置。
16. 前記高周波スイッチと前記カプラーは、集積回路基板に一体に形成される、請求項９から請求項１５の何れか一項に記載の高周波スイッチ装置。
17. 第１直列スイッチ回路と第１シャントスイッチ回路とを含み、前記第１直列スイッチ回路は、信号ポートと共通ポートとの間に接続された第１バンドスイッチ回路と、
    前記共通ポートに接続された一端とアンテナポートに接続された他端を含む信号配線、及びキャパシタンス結合および／またはインダクタンス結合により前記信号配線との間にカップリングを形成するように前記信号配線と同一の平面上に配置されて第１カップリング信号を提供する第１カップリング配線を含むカプラーと、を含み、
    前記第１カップリング配線の共振周波数は、前記第１カップリング配線のインダクタンスとスイッチオフ状態の前記第１シャントスイッチ回路のキャパシタンスに基づいて決定される、装置。
18. 前記第１カップリング配線は、第１検出ポートと抵抗との間に配置される、請求項１７に記載の装置。
19. スイッチオフ状態の前記第１シャントスイッチ回路とスイッチオン状態の第１直列スイッチ回路に応答して、前記第１バンドスイッチ回路は第１バンド信号を前記カプラーに伝送する、請求項１７または請求項１８に記載の装置。
20. 前記第１カップリング配線とは正反対に、前記信号配線と同一の平面上に配置され、前記信号配線とカップリングを形成し、信号受信強度を監視するように第２カップリング信号を提供する第２カップリング配線をさらに含む、請求項１７から請求項１９の何れか一項に記載の装置。
21. 前記カプラーとアンテナ端子との間に配置されて、信号伝送損失を減少するように前記第１バンドスイッチ回路のインピーダンスをマッチングし、前記アンテナ端子のインピーダンスと前記カプラーのインピーダンスを互いにマッチングする出力マッチング回路をさらに含む、請求項１７から請求項２０の何れか一項に記載の装置。
22. 前記カプラーのインピーダンスは、前記第１バンドスイッチ回路のインピーダンスとは異なる、請求項２１に記載の装置。
23. 前記第１バンドスイッチ回路を含み、前記信号ポートと前記共通ポートとの間に接続された高周波スイッチ回路と、
    前記高周波スイッチ回路と前記カプラーとの間に配置され、前記高周波スイッチ回路と前記カプラーとの間のインピーダンスをマッチングする段間マッチング回路と、をさらに含む、請求項１７から請求項２２の何れか一項に記載の装置。
24. 前記信号配線は集積回路の第１層に配置され、前記第１及び第２カップリング配線は前記集積回路の第２層に配置され、前記第１及び第２カップリング配線の該当抵抗、前記第１及び第２カップリング配線の該当接地、及び前記集積回路の接地部は前記集積回路の第３層に配置される、請求項２０に記載の装置。
25. 前記第２層は前記第１層の下部に配置され、前記第３層は前記第２層の下部に配置される、請求項２４に記載の装置。
26. 前記第１及び第２カップリング配線は、前記第１及び第２カップリング配線と集積回路の接地部との間の距離を相対的に増加させるように前記集積回路の接地部が配置されている層と異なる前記集積回路の層に配置されている、請求項２０に記載の装置。
27. 第１直列スイッチ回路と第１シャントスイッチ回路とを含み、前記第１直列スイッチ回路は信号ポートと共通ポートとの間に接続された第１バンドスイッチ回路と、
    前記共通ポートに接続された一端とアンテナポートに接続された他端を含む信号配線、及びキャパシタンス結合および／またはインダクタンス結合により前記信号配線との間にカップリングを形成するように信号配線と同一の平面上に配置されて第１カップリング信号を提供する第１カップリング配線を含むカプラーと、を含み、
    前記第１カップリング配線の共振周波数は、スイッチオフ状態の前記第１シャントスイッチ回路のキャパシタンス、及び前記信号配線と前記第１カップリング配線との間の相互インダクタンス及び相互キャパシタンスに基づいて決定される、装置。
28. 前記第１カップリング配線と前記信号配線は、前記信号配線と前記第１カップリング配線との間の相互インダクタンス及び相互キャパシタンスを形成するように互いにカップリングされる、請求項２７に記載の装置。
29. 前記第１シャントスイッチ回路は、前記信号ポートと接地との間に接続され、前記第１シャントスイッチ回路は、前記第１シャントスイッチ回路の第２ゲート信号に応じてスイッチオン状態からスイッチオフ状態に変更される、請求項２７または請求項２８に記載の装置。
30. スイッチオフ状態の前記第１シャントスイッチ回路とスイッチオン状態の第１直列スイッチ回路に応答して、前記第１バンドスイッチ回路から第１バンド信号を前記カプラーに伝送する、請求項２７から請求項２９の何れか一項に記載の装置。
31. 前記共振周波数は、下記数学式によりＦｒｅｓとして決定され、
    

    

    前記式中、Ｃｏｆｆはオフ状態のシャントスイッチ回路のキャパシタンスであり、Ｃｍは前記信号配線と前記第１カップリング配線との間の相互キャパシタンスであり、Ｌｍは前記信号配線と前記第１カップリング配線との間の相互インダクタンスであり、Ｚｏは第１信号ポートの固有インピーダンスである、請求項２７から請求項３０の何れか一項に記載の装置。

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