JP3071985B2 - スイッチ装置 - Google Patents

スイッチ装置

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JP3071985B2
JP3071985B2 JP5210315A JP21031593A JP3071985B2 JP 3071985 B2 JP3071985 B2 JP 3071985B2 JP 5210315 A JP5210315 A JP 5210315A JP 21031593 A JP21031593 A JP 21031593A JP 3071985 B2 JP3071985 B2 JP 3071985B2
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勝司 多良
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  • Input Circuits Of Receivers And Coupling Of Receivers And Audio Equipment (AREA)
  • Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、高周波で使用する半
導体装置の中のスイッチ装置、詳しくは、電界効果トラ
ンジスタで構成されたスイッチ装置に関するものであ
る。電界効果トランジスタを用いた半導体装置は、テレ
ビジョン,通信分野の高周波回路用に開発が進められて
いる。この半導体装置の一つにアナログ信号を切り換え
るスイッチ装置があり、例えば受信と送信の電波の切り
替え用の高周波スイッチや受信,送信の2波以上の電波
の切り替え用の高周波スイッチとして通信分野で多用さ
れている。
【0002】
【従来の技術】図11は電界効果トランジスタとしてシ
ョットキーゲートFET(以下、MESFETと記す)
を用いた従来のスイッチ装置を示す回路図であり、スイ
ッチ用の4個のMESFETQ1 〜Q4 をダブルバラン
ス差動対結合構造に接続している。この4個のMESF
ETQ1 〜Q4 の回路構成は、例えば特願昭60−21
7049号に詳しく記載されている。
【0003】このスイッチ装置は、図11に示すよう
に、第1および第2のMESFETQ 1 ,Q2 のソース
端子どうしを共通接続し、第3および第4のMESFE
TQ3,Q4 のソース端子どうしを共通接続し、第1お
よび第3のMESFETQ1 ,Q3 のドレイン端子どう
しを共通接続し、第2および第4のMESFETQ2
4 のドレイン端子どうしを共通接続し、第1および第
4のMESFETQ1 ,Q4 のゲート端子どうしを共通
接続し、第2および第3のMESFETQ2 ,Q 3 のゲ
ート端子どうしを共通接続している。
【0004】動作原理としては、高周波入力端子RFI
Nに加えられた入力信号を第1の高周波出力端子OUT
1 より取り出す時は、第1および第4のMESFETQ
1 ,Q4 をオフさせ、第2および第3のMESFETQ
2 ,Q3 をオンさせる。また、高周波入力端子RFIN
に加えられた入力信号を第2の高周波出力端子OUT 2
より取り出す時は、第1および第4のMESFET
1 ,Q4 をオンさせ、第2および第3のMESFET
2 ,Q3 をオフさせる。
【0005】一般に、高周波回路のスイッチの性能とし
て要求されるのは、入力から出力へ伝わる電波の変換損
失(以下、変換損失と記す)が小さいこと、入力と出力
が高周波的に分離していること、そして単一電源で低消
費電力で広帯域に動作することなどである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、現状の
スイッチ装置(半導体集積回路)では、これらすべての
点にわたってユーザの要求を完全には満たしておらず、
さらに優れた性能のスイッチ装置が要望されていた。具
体的に従来のスイッチ装置に対して改善すべき点は、つ
ぎの三点である。
【0007】(1)例えば特願昭60−217049号
に示されるように、歪特性,変換損失の点から通常、第
1ないし第4のMESFETQ1 〜Q4 としてデプレッ
ションタイプの電界効果トランジスタが用いられ、この
電界効果トランジスタのオフ時のゲート電圧は負電圧制
御であるのに対し、一般の高周波回路は正電圧動作であ
るため、スイッチ制御用の別電圧が必要となり、セット
として単一電源動作ができない。
【0008】(2)電界効果トランジスタのオン時のゲ
ート電圧は0Vで、このときゲート電極材料で決まる空
乏層が延びており、その分チャネル抵抗が大きく、入力
と出力の伝達損失が生じる。 (3)スイッチ制御用の制御電圧は、オン用およびオフ
用の2端子(第1および第2の外部電圧制御端子S
1 ,SW2 )が必要である。
【0009】この発明の目的は、入力と出力の伝達特性
を悪化させることなく正電圧制御を行うことができ、単
一電源動作が可能なスイッチ装置を提供することであ
る。この発明の他の目的は、入力と出力の伝達損失を低
減できるスイッチ装置を提供することである。この発明
のさらに他の目的は、スイッチ制御用の端子数を削減で
きるスイッチ装置を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】請求項1記載のスイッチ
装置は、第1および第2の電界効果トランジスタ
(Q 1 ,Q2 )のソース端子どうしを共通接続し、第3
および第4の電界効果トランジスタ(Q3 ,Q4 )のソ
ース端子どうしを共通接続し、第1および第3の電界効
果トランジスタ(Q1 ,Q3 )のドレイン端子どうしを
共通接続し、第2および第4の電界効果トランジスタ
(Q2 ,Q4 )のドレイン端子どうしを共通接続し、第
1および第4の電界効果トランジスタ(Q1 ,Q4 )の
ゲート端子どうしを共通接続し、第2および第3の電界
効果トランジスタ(Q2 ,Q3 )のゲート端子どうしを
共通接続している。
【0011】そして、第1および第2の電界効果トラン
ジスタ(Q1 ,Q2 )の共通接続したソース端子に外部
電圧印加端子(VD )を設け、第3および第4の電界効
果トランジスタ(Q3 ,Q4 )の共通接続したソース端
子に第1の容量素子(C1 )を介して高周波入力(出
力)端子(RFIN)を設け、外部電圧印加端子
(VD)とグラウンドとの間に第2の容量素子(C2
を接続し、第1および第3の電界効果トランジスタ(Q
1 ,Q3 )の共通接続したドレイン端子に第3の容量素
子(C3 )を介して第1の高周波出力(入力)端子(O
UT1 )を設け、第2および第4の電界効果トランジス
タ(Q2 ,Q4 )の共通接続したドレイン端子に第4の
容量素子(C4 )を介して第2の高周波出力(入力)端
子(OUT2 )を設けている。
【0012】また、第1および第2の電界効果トランジ
スタ(Q1 ,Q2 )の共通接続したソース端子と第1お
よび第3の電界効果トランジスタ(Q1 ,Q3 )の共通
接続したドレイン端子との間に第1の抵抗素子(R1
を接続し、第3および第4の電界効果トランジスタ(Q
3 ,Q4 )の共通接続したソース端子と第2および第4
の電界効果トランジスタ(Q2 ,Q4 )の共通接続した
ドレイン端子との間に第2の抵抗素子(R2 )を接続
し、第1および第2の電界効果トランジスタ(Q 1 ,Q
2 )の共通接続したソース端子と第3および第4の電界
効果トランジスタ(Q3 ,Q4 )の共通接続したソース
端子との間に第3の抵抗素子(R3 )を接続している。
【0013】また、第1および第4の電界効果トランジ
スタ(Q1 ,Q4 )の共通接続したゲート端子に第1の
外部電圧制御端子(SW1 )を設け、第2および第3の
電界効果トランジスタ(Q2 ,Q3 )の共通接続したゲ
ート端子に第2の外部電圧制御端子(SW2 )を設けて
いる。つまり、請求項1のスイッチ装置では、ダブルバ
ランス差動対結合構造の第1ないし第4の電界効果トラ
ンジスタ(Q1 〜Q4 )のオフ時のゲート電圧を正電圧
制御するため、第1および第2の電界効果トランジスタ
(Q1 ,Q2 )のソース端子を外部電圧印加端子
(VD )に接続し、第3および第4の電界効果トランジ
スタ(Q3 ,Q4 )のソース端子を第3の抵抗素子(R
3 )を介して第1および第2の電界効果トランジスタ
(Q1 ,Q2 )のソース端子に接続することで、第1な
いし第4の電界効果トランジスタ(Q1 〜Q4 )のソー
ス端子の電位を外部電圧印加端子(VD )に加えられる
正電圧に応じた正電位とし、さらに第1および第3の電
界効果トランジスタ(Q1 ,Q3 )のドレイン端子を第
1の抵抗素子(R1 )を介して第1および第2の電界効
果トランジスタ(Q1 ,Q2 )のソース端子に接続する
ことで、第1および第3の電界効果トランジスタ
(Q1 ,Q 3 )のドレイン端子も外部電圧印加端子(V
D )に加えられる正電圧に応じた正電位とし、同様に第
2および第4の電界効果トランジスタ(Q2 ,Q4 )の
ドレイン端子を第2の抵抗素子(R2 )を介して第3お
よび第4の電界効果トランジスタ(Q3 ,Q4 )のソー
ス端子に接続することで、第2および第4の電界効果ト
ランジスタ(Q2 ,Q4 )のドレイン端子も外部電圧印
加端子(VD )に加えられる正電圧に応じた正電位と
し、高周波入力(出力)端子(RFIN)と第1および
第2の高周波出力(入力)端子(OUT1 ,OUT2
は、第1ないし第4の電界効果トランジスタ(Q1 〜Q
4 )との間に直流カットのために第1,第3および第4
の容量素子(C1 ,C3 ,C4 )を介挿し、さらに高周
波パスのための第2の容量素子(C2 )を設けている。
【0014】請求項2記載のスイッチ装置は、請求項1
記載のスイッチ装置において、高周波成分の損失および
低消費電力化のため、第1および第2の抵抗素子
(R1 ,R 2 )の抵抗値を各々1KΩ以上としている。
請求項3記載のスイッチ装置は、請求項1記載のスイッ
チ装置において、外部電圧印加端子(VD )への印加電
圧を、第1および第2の外部電圧制御端子(SW1 ,S
2 )への印加電圧より小さくしている。
【0015】請求項4記載のスイッチ装置は、請求項1
記載のスイッチ装置において、第1および第2の電界効
果トランジスタ(Q1 ,Q2 )の各ソース端子と外部電
圧印加端子(VD )との間に、外部電圧印加端子
(VD )およびグラウンド間の電圧を分割して第1およ
び第2の電界効果トランジスタ(Q1 ,Q2 )の各ソー
ス端子に加える電圧分割用抵抗素子(RA ,RB )を介
在させ、外部電圧印加端子(VD )の電圧を第1および
第2の外部電圧制御端子(SW1 ,SW2 )への印加電
圧として用いている。
【0016】つまり、第1ないし第4の電界効果トラン
ジスタ(Q1 〜Q4 )のゲートのゲートバイアスをソー
ス電位に対して正電位の順方向の値に設定し、伝達特性
の電界効果トランジスタ部での損失を低減させるため、
外部電圧印加端子(VD )の電圧値を第1および第2の
外部電圧制御端子(SW1 ,SW2 )の電圧値より小さ
くしている。
【0017】請求項5記載のスイッチ装置は、請求項1
記載のスイッチ装置において、第1および第4の電界効
果トランジスタ(Q1 ,Q4 )の共通接続したゲート端
子にインバータを構成するソース接地の第5の電界効果
トランジスタ(Q5 )のゲート端子を接続し、第2およ
び第3の電界効果トランジスタ(Q2 ,Q3 )の共通接
続したゲート端子に第5の電界効果トランジスタ
(Q5 )のドレイン端子を接続し、第5の電界効果トラ
ンジスタ(Q5 )のゲート端子に第3の外部電圧制御端
子(SW3 )を設け、第1および第2の外部電圧制御端
子(SW1 ,SW2 )を廃止している。
【0018】請求項6記載のスイッチ装置は、請求項1
記載のスイッチ装置において、第1,第2,第3および
第4の電界効果トランジスタ(Q1 〜Q4 )がデュアル
ゲート型の電界効果トランジスタであって、第1および
第2の外部電圧制御端子(SW1 ,SW2 )を設けたゲ
ート端子が第1ゲート端子であり、第2ゲート端子をそ
れぞれ第1,第2,第3および第4の電界効果トランジ
スタ(Q1 〜Q4 )のソース端子と共通接続している。
【0019】
【作用】請求項1記載の構成によれば、ダブルバランス
差動対結合構造において、第1ないし第4の電界効果ト
ランジスタ(Q1 〜Q4 )のソース端子をドレイン端子
と同電位にし、ドレイン端子を第3および第4の容量素
子(C3 ,C4 )を介して第1および第2の高周波出力
(入力)端子(OUT1 ,OUT2 )にすることで第1
ないし第4の電界効果トランジスタ(Q1 〜Q4 )は、
ドレイン電圧を中心に動作することになる。
【0020】そして、第1および第2の電界効果トラン
ジスタ(Q1 ,Q2 )は、第1の外部電圧制御端子(S
1 )の電圧が0のときにオフとなり、第1の外部電圧
制御端子(SW1 )の電圧がドレイン電圧に近い正電圧
のときにオンとなる。また、第3および第4の電界効果
トランジスタ(Q3 ,Q4 )は、第2の外部電圧制御端
子(SW2 )の電圧が0のときにオフとなり、第2の外
部電圧制御端子(SW 2 )の電圧がドレイン電圧に近い
正電圧のときにオンとなる。つまり、第1ないし第4の
電界効果トランジスタ(Q1 〜Q4 )からなるダブルバ
ランス差動対結合構造の回路は、第1および第2の外部
電圧制御端子(SW1 ,SW2 )の電圧が負電圧制御で
はなく、0か正電圧かにより制御でき、単一電源化を図
ることができる。
【0021】請求項2記載の構成によれば、電位固定用
の第1および第2の抵抗素子(R1,R2 )での高周波
ロスが低減され、同時に第1および第2の抵抗素子(R
1 ,R2 )での消費電流が抑えられ、低消費電力化が図
れる。請求項3および請求項4記載の構成によれば、第
1ないし第4の電界効果トランジスタ(Q1 〜Q4 )の
ドレイン電圧が第1および第2の外部電圧制御端子(S
1 ,SW2 )の電圧より小さくなり、第1ないし第4
の電界効果トランジスタ(Q1 〜Q4 )のゲート電位が
順方向電圧状態となるため、第1ないし第4の電界効果
トランジスタ(Q1 〜Q4 )のオン抵抗の値を小さくで
き、高周波ロスが低減される。
【0022】請求項5記載の構成によれば、第1ないし
第4の電界効果トランジスタ(Q1〜Q4 )からなるダ
ブルバランス差動対結合構造の他に、インバータを構成
するソース接地の第5の電界効果トランジスタ(Q5
を設けることで、第1および第2の外部電圧制御端子
(SW1 ,SW2 )を廃止し、第3の外部電圧制御端子
(SW3 )の1個のみとでき、端子数を削減できる。
【0023】ダブルバランス差動対結合構造の分離特性
は構成される電界効果トランジスタの分離特性が反映さ
れることから、請求項6記載の構成によれば、デュアル
ゲート型の電界効果トランジスタの分離特性の良さをダ
ブルバランス差動対結合構造の分離特性に反映させるこ
とができ、入出力の分離特性は良好な特性となる。
【0024】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照しなが
ら説明する。図1にこの発明の第1の実施例のスイッチ
装置の回路図を示す(請求項1,2に対応する)。この
スイッチ装置は、図1に示すように、GaAs基板上に
4個のMESFETQ1 〜Q4 をダブルバランス差動対
結合構造(例えば特願昭60−217049号参照)に
抵抗素子R1 〜R5 と容量素子C1 〜C6 を配線したも
ので、図2の平面配置図のように、1チップ上にモノリ
シック集積化したものである。
【0025】つまり、このスイッチ装置は、第1および
第2のMESFETQ1 ,Q2 のソース端子どうしを共
通接続し、第3および第4のMESFETQ3 ,Q4
ソース端子どうしを共通接続し、第1および第3のME
SFETQ1 ,Q3 のドレイン端子どうしを共通接続
し、第2および第4のMESFETQ2 ,Q4 のドレイ
ン端子どうしを共通接続し、第1および第4のMESF
ETQ1 ,Q4 のゲート端子どうしを共通接続し、第2
および第3のMESFETQ2 ,Q3 のゲート端子どう
しを共通接続している。
【0026】そして、第1および第2のMESFETQ
1 ,Q2 の共通接続したソース端子に外部電圧印加端子
D を設け、第3および第4のMESFETQ3 ,Q4
の共通接続したソース端子に第1の容量素子C1 を介し
て高周波入力端子RFINを設け、外部電圧印加端子V
D とグラウンドとの間に第2の容量素子C2 を接続し、
第1および第3のMESFETQ1 ,Q3 の共通接続し
たドレイン端子に第3の容量素子C3 を介して第1の高
周波出力端子OUT1 を設け、第2および第4のMES
FETQ2 ,Q4 の共通接続したドレイン端子に第4の
容量素子C4 を介して第2の高周波出力端子OUT2
設けている。
【0027】また、第1および第2のMESFET
1 ,Q2 の共通接続したソース端子と第1および第3
のMESFETQ1 ,Q3 の共通接続したドレイン端子
との間に第1の抵抗素子R1 を接続し、第3および第4
のMESFETQ3 ,Q4 の共通接続したソース端子と
第2および第4のMESFETQ2 ,Q4 の共通接続し
たドレイン端子との間に第2の抵抗素子R2 を接続し、
第1および第2のMESFETQ1 ,Q2 の共通接続し
たソース端子と第3および第4のMESFETQ3,Q
4 の共通接続したソース端子との間に第3の抵抗素子R
3 を接続している。
【0028】また、第1および第4のMESFET
1 ,Q4 の共通接続したゲート端子に第4の抵抗素子
4 を介して第1の外部電圧制御端子SW1 を設け、第
2および第3のMESFETQ2 ,Q3 の共通接続した
ゲート端子に第5の抵抗素子R5を介して第2の外部電
圧制御端子SW2 を設け、第1の外部電圧制御端子SW
1とグラウンドとの間に第5の容量素子C5 を接続し、
第2の外部電圧制御端子SW2 とグラウンドとの間に第
6の容量素子C6 を接続している。
【0029】つまり、この実施例のスイッチ装置では、
ダブルバランス差動対結合構造の第1ないし第4のME
SFETQ1 〜Q4 のオフ時のゲート電圧を正電圧制御
するため、第1および第2のMESFETQ1 ,Q2
ソース端子を外部電圧印加端子VD に接続し、第3およ
び第4のMESFETQ3 ,Q4 のソース端子を第3の
抵抗素子R3 を介して第1および第2のMESFETQ
1 ,Q2 のソース端子に接続することで、第1ないし第
4のMESFETQ1 〜Q4 のソース端子の電位を外部
電圧印加端子VD に加えられる正電圧に応じた正電位と
し、さらに第1および第3のMESFETQ1 ,Q3
ドレイン端子を第1の抵抗素子R1 を介して第1および
第2のMESFETQ1 ,Q2 のソース端子に接続する
ことで、第1および第3のMESFETQ1 ,Q3 のド
レイン端子も外部電圧印加端子V D に加えられる正電圧
に応じた正電位とし、同様に第2および第4のMESF
ETQ2 ,Q4 のドレイン端子を第2の抵抗素子R2
介して第3および第4のMESFETQ3 ,Q4 のソー
ス端子に接続することで、第2および第4のMESFE
TQ2 ,Q4 のドレイン端子も外部電圧印加端子VD
加えられる正電圧に応じた正電位とし、高周波入力端子
RFINと第1および第2の高周波出力端子OUT1
OUT2 は、第1ないし第4のMESFETとの間に直
流カットのために第1,第3および第4の容量素子
1 ,C3 ,C4 を介挿し、さらに高周波パスのための
第2の容量素子C2 を設けている。
【0030】図2にこの第1の実施例のスイッチ装置の
平面配置図を示す。図2に示すスイッチ装置の平面配置
図において、第1ないし第4のMESFETQ1 〜Q4
のゲート長およびゲート幅は、第2および第4のMES
FETQ2 ,Q4 のそれぞれが1μm,1000μmで
ある。また、第1および第3のMESFETQ1 ,Q 3
のそれぞれが1μm,300μmである。
【0031】また、図2において、活性層1は、半絶縁
性基板にSiイオンを注入して形成した。ゲート電極2
の材料はTi/Alである。ソースおよびドレインのオ
ーミック電極3の材料はAuGe/Ni/Auであり、
金メッキを主材料とする配線材4で回路結線を行った。
この実施例では、図1および図2に示したスイッチ装置
を図3(a),(b)の平面図および正面図に示すよう
な対称性のよい6ピンのプラスチックパッケージ9に封
入した。プラスチックパッケージ11に設けられた各ピ
ン5〜10はそれぞれ外部電圧印加端子VD (高周波入
力端子RFINに共用している)、外部電圧制御端子S
1 、外部電圧制御端子SW2 、高周波出力端子OUT
1 ,高周波出力端子OUT2 、接地端子に適宜割り当て
られている。半導体の部分は、プラスチックパッケージ
9内に組み込まれている。なお、低雑音増幅器と一体化
し、よりピン数の多いパッケージに組み入れてもよい。
【0032】従来例の図11のスイッチ装置と合わせて
外部電圧印加端子VD に加える電圧を3Vにし、外部電
圧制御端子SW2 の電圧を0Vに固定し、外部電圧制御
端子SW1 の電圧を変化させてスイッチ装置に切換動作
をさせる際の特性図を図4に示す。図4中のS21は、S
パラメータで入力から出力への順方向伝達特性を示すも
ので、実線は従来例の特性を示し、破線は実施例の特性
を示している。図4から、この実施例によれば、正電圧
の単一電源動作となることが明らかである。
【0033】つぎに、第1の抵抗素子R1 の抵抗値と消
費電力およびS21の関係を調べた結果を図5に示す。こ
のときの条件は、外部電圧印加端子VD の電圧を3Vと
し、外部電圧制御端子SW1 の電圧を3Vとし、外部電
圧制御端子SW2 の電圧を0Vとしている。図5からわ
かるように、高周波出力端子OUT1 と高周波入力端子
RFINとの間に流れる電流Iddが、第1の抵抗素子R
1 が1KΩ以下だと1mA以上の電流値となり、入出力
間のロスが発生し、S21特性も悪化し、1KΩ以上にす
ることにより消費電力およびS21特性ともに良好な特性
が得られる。第2の抵抗素子R2 についても同様であ
る。
【0034】このように、第1および第2の抵抗素子R
1 ,R2 の抵抗値を1KΩ以上にすると、第1および第
2の抵抗素子R1 ,R2 での高周波ロスが低減され、同
時に第1および第2の抵抗素子R1 ,R2 での消費電流
が抑えられ、低消費電力化が図れる。外部電圧印加端子
D の電圧値を固定し、S21の外部電圧制御端子SW
1 ,SW2 に加える電圧に対する電圧依存性値を調べた
結果を図6に示す。このときの条件は、外部電圧印加端
子VD の電圧を3Vとし、外部電圧制御端子SW2 の電
圧を0Vとしている。図6からわかるように、外部電圧
印加端子VD の電圧値を外部電圧制御端子SW1 (SW
2 )の電圧より小さくすることで良好なS21が得られ
た。なお、外部電圧制御端子SW1 の電圧を0Vとして
いる場合には、外部電圧印加端子VD の電圧値を外部電
圧制御端子SW2 の電圧より小さくすることで良好なS
21が得られるのは、上記と同様である。
【0035】これは、外部電圧印加端子VD の電圧を外
部電圧制御端子SW1 ,SW2 の電圧より小さくするこ
とで、MESFETQ1 〜Q4 のゲートバイアスが、順
方向状態になってオン抵抗が小さくなるためである。こ
のように構成すると、第1ないし第4のMESFETQ
1 〜Q4 のゲート電位が順方向電圧状態となるため、第
1ないし第4のMESFETQ1 〜Q4 のオン抵抗の値
を小さくでき、高周波ロスが低減される。
【0036】図7にこの発明の第2の実施例のスイッチ
装置の要部回路図を示す(請求項3,4に対応する)。
このスイッチ装置は、図7に示すように、第1および第
2のMESFETQ1,Q2 の各ソース端子と外部電圧
印加端子VD との間に、外部電圧印加端子VDおよびグ
ラウンド間の電圧を分割して第1および第2のMESF
ETQ1 ,Q2の各ソース端子に加える電圧分割用抵抗
素子RA ,RB を介在させ、外部電圧印加端子VD の電
圧と同じ電圧を第1および第2の外部電圧制御端子SW
1 ,SW 2 への印加電圧として用いたもので、その他の
構成は図1のスイッチ装置と同様である。
【0037】この結果、外部電圧印加端子VD の電圧を
電圧分割用抵抗素子RA ,RB で分割された電圧が第1
ないし第4のMESFETQ1 〜Q4 のドレイン端子に
加えられることになる。これにより、第1ないし第4の
MESFETQ1 〜Q4 のドレイン端子を外部電圧制御
端子SW1 ,SW2 に加える電圧より小さくし、従来例
のS21特性より良好な特性を得ることができた。
【0038】この実施例によれば、第1ないし第4のM
ESFETQ1 〜Q4 のドレイン電圧が第1および第2
の外部電圧制御端子SW1 ,SW2 の電圧より小さくな
り、第1ないし第4のMESFETQ1 〜Q4 のゲート
電位が順方向電圧状態となるため、第1ないし第4のM
ESFETQ1 〜Q4 のオン抵抗の値を小さくでき、高
周波ロスが低減される。
【0039】図8にこの発明の第3の実施例のスイッチ
装置の要部回路図を示す(請求項5に対応する。さて、
いままで述べたスイッチ装置の電圧制御は、2電源の方
式であるが、図8に示すように、第1および第4のME
SFETQ1 ,Q4 の共通接続したゲート端子にインバ
ータを構成するソース接地の第5のMESFETQ5
ゲート端子を接続し、第2および第3のMESFETQ
2 ,Q3 の共通接続したゲート端子に第5のMESFE
TQ5 のドレイン端子を接続し、第5のMESFETQ
5のゲート端子に第3の外部電圧制御端子SW3 を設
け、第1および第2の外部電圧制御端子SW1 ,SW2
を廃止したもので、その他の構成は図1のスイッチ装置
と同様である。
【0040】このように構成すると、端子数を削減で
き、スイッチ制御の回路部が単一電源で動作が可能とな
る。図9にこの発明の第4の実施例のスイッチ装置の回
路図を示す(請求項6に対応する)。このスイッチ装置
は、図9に示すように、シングルゲート型のMESFE
TQ 1 〜Q4 に代えて、デュアルゲート型のMESFE
TQ11〜Q14を用い、第1および第2の外部電圧制御端
子SW1 ,SW2 を設けたゲート端子が第1ゲート端子
であり、第2ゲート端子をそれぞれ第1ないし第4のM
ESFETQ11〜Q14のソース端子と共通接続したもの
で、その他の構成は図1のスイッチ装置と同様である。
【0041】この実施例では、第1ないし第4のMES
FETQ11〜Q14の第2ゲートをソース端子と共通にし
たことで、第2ゲートを高周波的に接地することによ
り、帰還容量が低減し、出力から入力への逆方向アイソ
レーションを持たせることができる。図10に図9のス
イッチ装置と従来のスイッチ装置での比較を行う。ここ
で、逆方向アイソレーションとしてS12(Sパラメー
タ)を用いた。S12は、出力から入力の伝達特性を示す
もので、小さいほど良好な特性となる。
【0042】このように構成した結果、デュアルゲート
型の電界効果トランジスタの分離特性の良さをダブルバ
ランス差動対結合構造の分離特性に反映させることがで
き、入出力の分離特性は良好な特性となる。なお、上記
各実施例では、4個のMESFETからなるダブルバラ
ンス差動対構造のスイッチ装置において、MESFET
のドレイン端子に2個の高周波出力端子を設け、ソース
端子に1個の高周波入力端子を設けたが、これとは逆に
ドレイン端子に2個の高周波入力端子を設け、ソース端
子に1個の高周波出力端子を設ける構成でもよい。つま
り、図1のスイッチ装置における高周波信号の入力端子
と出力端子とを逆にしてもよい。
【0043】
【発明の効果】以上説明してきたように、この発明のス
イッチ装置では従来の回路に比べ、セットの小型化、雑
音特性の向上の効果が得られる。請求項1記載のスイッ
チ装置によれば、ダブルバランス差動対結合構造におい
て第1ないし第4の電界効果トランジスタのソース端子
をドレイン端子と同電位にし、第1ないし第4の電界効
果トランジスタのドレイン端子を第3および第4の容量
素子を介して高周波出力(入力)端子にすることで、第
1ないし第4の電界効果トランジスタは、ドレイン電圧
を中心に動作することになり、ゲート端子に入力される
第1および第2の外部電圧制御端子の電圧が0のときに
オフとなり、ドレイン電圧に近い正電圧のときにオンと
なる。この結果、このスイッチ装置は、正電圧の単一電
源動作となり、セット周辺回路の簡素化を図れる。
【0044】請求項2記載のスイッチ装置によれば、電
位固定用の第1および第2の抵抗素子での高周波ロスが
低減され、伝達特性は良好特性となり、セット雑音特性
が良好となる。また、第1および第2の抵抗素子での消
費電力が抑えられ、セットでの低消費電力化を実現でき
る。請求項3および請求項4記載のスイッチ装置によれ
ば、第1ないし第4の電界効果トランジスタのオン抵抗
の値を小さくでき、高周波ロスが低減され伝達特性が良
好特性となり、セット雑音特性が良好となる。
【0045】請求項5記載のスイッチ装置によれば、ダ
ブルバランス差動対結合構造の外にインバータとなる第
5の電界効果トランジスタを設けることで、スイッチ制
御のための外部制御電圧は一つでよくなり、外部制御端
子が1端子となり、セット周辺回路の簡素化を図れる。
請求項6記載のスイッチ装置によれば、デュアルゲート
型の電界効果トランジスタの分離特性の良さをダブルバ
ランス差動対結合構造の分離特性に反映させられ、入出
力の分離特性は良好な特性となり、セット雑音特性は良
好となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施例のスイッチ装置の構成
を示す回路図である。
【図2】同じくこの発明の第1の実施例のスイッチ装置
の構成を示す平面配置図である。
【図3】(a),(b)は同じくこの発明の第1の実施
例のスイッチ装置に用いたプラスチックパッケージを示
す平面図および正面図である。
【図4】外部電圧印加端子VD の電圧を3Vにし、外部
制御電圧端子SW2 の電圧を0Vに固定した状態でスイ
ッチ装置を動作させた際のS21特性を示す特性図であ
る。
【図5】従来例と第1の実施例のスイッチ装置のS12
よび消費電流の特性を示す特性図である。
【図6】外部電圧印加端子VD の電圧値を固定し、S21
特性の外部制御電圧端子SW1,SW2 の電圧に対する
電圧依存性値を調べた結果を示す特性図である。
【図7】この発明の第2の実施例のスイッチ装置の構成
を示す要部回路図である。
【図8】この発明の第3の実施例のスイッチ装置の構成
を示す要部回路図である。
【図9】この発明の第4の実施例のスイッチ装置の構成
を示す回路図である。
【図10】従来例と第4の実施例のスイッチ装置のS12
特性を示す特性図である。
【図11】従来例の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
1 第1のMESFET Q2 第2のMESFET Q3 第3のMESFET Q4 第4のMESFET R1 第1の抵抗素子 R2 第2の抵抗素子 R3 第3の抵抗素子 C1 第1の容量素子 C2 第2の容量素子 C3 第3の容量素子 C4 第4の容量素子 OUT1 第1の高周波出力端子 OUT2 第2の高周波出力端子 SW1 第1の外部制御電圧端子 SW2 第2の外部制御電圧端子 RFIN 高周波入力端子 VD 外部電圧印加端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−76781(JP,A) 特開 平4−105417(JP,A) 特開 平4−346513(JP,A) 特開 平6−77793(JP,A) 特開 平5−343970(JP,A) 特開 平4−10717(JP,A) 特開 平3−237807(JP,A) 特開 平5−83145(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03K 17/00 - 17/70 H01P 1/15 H04B 1/18 - 1/24

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の電界効果トランジスタ(Q1
    と、 この第1の電界効果トランジスタ(Q1 )のソース端子
    と自己のソース端子を接続した第2の電界効果トランジ
    スタ(Q2 )と、 前記第1の電界効果トランジスタ(Q1 )のドレイン端
    子と自己のドレイン端子を接続し前記第2の電界効果ト
    ランジスタ(Q2 )のゲート端子と自己のゲート端子を
    接続した第3の電界効果トランジスタ(Q3 )と、 前記第1の電界効果トランジスタ(Q1 )のゲート端子
    に自己のゲート端子を接続し前記第2の電界効果トラン
    ジスタ(Q2 )のドレイン端子に自己のドレイン端子を
    接続し前記第3の電界効果トランジスタ(Q3 )のソー
    ス端子に自己のソース端子を接続した第4の電界効果ト
    ランジスタ(Q4 )と、 前記第1および第2の電界効果トランジスタ(Q1 ,Q
    2 )の共通接続したソース端子に設けた外部電圧印加端
    子(VD )と、 前記第3および第4の電界効果トランジスタ(Q3 ,Q
    4 )の共通接続したソース端子に第1の容量素子
    (C1 )を介して設けた高周波入力(出力)端子(RF
    IN)と、 前記外部電圧印加端子(VD )とグラウンドとの間に接
    続した第2の容量素子(C2 )と、 前記第1および第3の電界効果トランジスタ(Q1 ,Q
    3 )の共通接続したドレイン端子に第3の容量素子(C
    3 )を介して設けた第1の高周波出力(入力)端子(O
    UT1 )と、 前記第2および第4の電界効果トランジスタ(Q2 ,Q
    4 )の共通接続したドレイン端子に第4の容量素子(C
    4 )を介して設けた第2の高周波出力(入力)端子(O
    UT2 )と、 前記第1および第2の電界効果トランジスタ(Q1 ,Q
    2 )の共通接続したソース端子と前記第1および第3の
    電界効果トランジスタ(Q1 ,Q3 )の共通接続したド
    レイン端子との間に接続した第1の抵抗素子(R1
    と、 前記第3および第4の電界効果トランジスタ(Q3 ,Q
    4 )の共通接続したソース端子と第2および第4の電界
    効果トランジスタ(Q2 ,Q4 )の共通接続したドレイ
    ン端子との間に接続した第2の抵抗素子(R2 )と、 前記第1および第2の電界効果トランジスタ(Q1 ,Q
    2 )の共通接続したソース端子と前記第3および第4の
    電界効果トランジスタ(Q3 ,Q4 )の共通接続したソ
    ース端子との間に接続した第3の抵抗素子(R3 )と、 前記第1および第4の電界効果トランジスタ(Q1 ,Q
    4 )の共通接続したゲート端子に設けた第1の外部電圧
    制御端子(SW1 )と、 前記第2および第3の電界効果トランジスタ(Q2 ,Q
    3 )の共通接続したゲート端子に設けた第2の外部電圧
    制御端子(SW2 )とを備えたスイッチ装置。
  2. 【請求項2】 第1および第2の抵抗素子(R1
    2 )の抵抗値を各々1KΩ以上とした請求項1記載の
    スイッチ装置。
  3. 【請求項3】 外部電圧印加端子(VD )への印加電圧
    を、第1および第2の外部電圧制御端子(SW1 ,SW
    2 )への印加電圧より小さくした請求項1記載のスイッ
    チ装置。
  4. 【請求項4】 第1および第2の電界効果トランジスタ
    (Q1 ,Q2 )の各ソース端子と外部電圧印加端子(V
    D )との間に、外部電圧印加端子(VD )およびグラウ
    ンド間の電圧を分割して前記第1および第2の電界効果
    トランジスタ(Q1 ,Q2 )の各ソース端子に加える電
    圧分割用抵抗素子(RA ,RB )を介在させ、前記外部
    電圧印加端子(VD )の電圧を第1および第2の外部電
    圧制御端子(SW1 ,SW2 )への印加電圧として用い
    た請求項1記載のスイッチ装置。
  5. 【請求項5】 第1および第4の電界効果トランジスタ
    (Q1 ,Q4 )の共通接続したゲート端子にインバータ
    を構成するソース接地の第5の電界効果トランジスタ
    (Q5 )のゲート端子を接続し、第2および第3の電界
    効果トランジスタ(Q2 ,Q3 )の共通接続したゲート
    端子に前記第5の電界効果トランジスタ(Q5 )のドレ
    イン端子を接続し、前記第5の電界効果トランジスタ
    (Q5 )のゲート端子に第3の外部電圧制御端子(SW
    3 )を設け、第1および第2の外部電圧制御端子(SW
    1 ,SW2 )を廃止した請求項1記載のスイッチ装置。
  6. 【請求項6】 第1,第2,第3および第4の電界効果
    トランジスタ(Q1〜Q4 )がデュアルゲート型の電界
    効果トランジスタであって、第1および第2の外部電圧
    制御端子(SW1 ,SW2 )を設けたゲート端子が第1
    ゲート端子であり、第2ゲート端子をそれぞれ第1,第
    2,第3および第4の電界効果トランジスタ(Q1 〜Q
    4 )のソース端子と共通接続した請求項1記載のスイッ
    チ装置。
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