JP3426993B2 - スイッチ回路装置 - Google Patents

スイッチ回路装置

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JP3426993B2
JP3426993B2 JP02665099A JP2665099A JP3426993B2 JP 3426993 B2 JP3426993 B2 JP 3426993B2 JP 02665099 A JP02665099 A JP 02665099A JP 2665099 A JP2665099 A JP 2665099A JP 3426993 B2 JP3426993 B2 JP 3426993B2
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勤 山口
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電界効果トランジ
スタからなるスイッチ回路装置に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、マイクロ波通信システムの送受
信装置には、高速なスイッチング動作が可能なGaAs
系のMESFET(金属−半導体電界効果トランジス
タ;以下、FETと略記する)からなるスイッチ回路装
置が用いられる。
【0003】図9は従来のスイッチ回路装置を用いた送
受信装置の一例を示す図である。図9において、スイッ
チ回路装置200は2つのFET10,20を含む。F
ET10は端子ANTと端子TXとの間に接続され、F
ET20は端子ANTと端子RXとの間に接続されてい
る。端子ANTにはアンテナ210が接続され、端子T
Xには送信機300が接続され、端子RXには受信機4
00が接続されている。
【0004】送信時には、FET10がオンし、FET
20がオフする。それにより、送信機300からの送信
信号がアンテナ210から送信される。受信時には、F
ET10がオフし、FET20がオンする。それによ
り、アンテナ210により受信された受信信号が受信機
400に伝送される。
【0005】図10は図9のスイッチ回路装置200の
構成を示す回路図である。図10のスイッチ回路装置2
00においては、端子ANTにつながるノードPtaと
端子TXにつながるノードPtxとの間にFET10が
接続されている。また、端子ANTにつながるノードP
raと端子RXにつながるノードPrxとの間にFET
20が接続されている。FET10のソース・ドレイン
間およびFET20のソース・ドレイン間にはそれぞれ
抵抗Reqが接続されている。
【0006】FET10,20のゲートにはそれぞれ抵
抗を介して互いに相補な制御信号Vc1,Vc2が印加
される。制御信号Vc1は、高レベルの電圧Vhighと低
レベルの電圧Vlow とに変化する。制御信号Vc2は、
制御信号Vc1と相補的に低レベルの電圧Vlow と高レ
ベルの電圧Vhighとに変化する。
【0007】例えば、制御信号Vc1が高レベルの電圧
highになり、制御信号Vc2が低レベルの電圧Vlow
になると、FET10がオンし、FET20がオフす
る。FET20のソース・ドレイン間に高抵抗Reqが
接続されているので、オフ状態のFET20に接続され
る端子RXの電位が端子ANTの電位と等しくなる。そ
のため、ノードPta,Ptx,Pra,Prxの電位
はいずれもVhigh−Vbiに保たれる。ここで、VbiはF
ET10,20のビルトイン電圧(障壁電圧)であり、
bi≧0である。
【0008】この場合、スイッチ回路装置200のFE
T20のオフ状態を保つ条件は次式で与えられる。
【0009】 2(Vhigh−Vlow +Vp −Vbi)≧Vrf …(C1) Vhighは高レベルの電圧、Vlow は低レベルの電圧であ
り、Vhigh≧Vlow である。Vp はFET10,20の
ピンチオフ電圧、VbiはFET10,20のビルトイン
電圧(≧0)、Vrfは信号振幅(≧0)である。
【0010】最大許容信号振幅をVrfm と表記すると、
式(C1)は次式のようになる。 Vrfm =2(Vhigh−Vlow +Vp −Vbi) …(C2) ここで、端子TXには抵抗値Rの内部抵抗を有する電源
が接続され、端子ANTには抵抗値Rの負荷抵抗が接続
されるものとする。この場合、電源の内部抵抗および負
荷抵抗で消費される電力Pは次式で与えられる。
【0011】 P=n2 (Vrf2 /(2R) …(C3) ここで、nはFET10,20の接続段数であり、図1
0の例ではn=1である。
【0012】FET20のオフ状態を維持できるオン側
のFET10の最大電力(耐電力)Ph は式(C2),
(C3)より、Vrf=Vrfm として次式で与えられる。
【0013】 Ph =n2 (Vrfm 2 /(2R) =4n2 (Vhigh−Vlow +Vp −Vbi2 /(2R) …(C4)
【0014】
【発明が解決しようとする課題】携帯電話機器等で用い
られる電源電圧は低電圧化されつつあるが、電源電圧の
低下は式(C4)における電圧(Vhigh−Vlow )の減
少に相当する。そのため、電源電圧の低下は耐電力Ph
の低下につながる。特に、ビルトイン電圧Vbiの大きな
FETを用いたスイッチ回路装置では、低電圧動作での
高出力化が困難となる。
【0015】本発明の目的は、耐電力の向上および低電
圧動作での高出力化が可能なスイッチ回路装置を提供す
ることである。
【0016】
【課題を解決するための手段および発明の効果】第1の
発明に係るスイッチ回路装置は、共通端子と第1の端子
との間に接続され、第1の制御信号を受けるゲート電極
を有する少なくとも1つの第1のトランジスタと、共通
端子と第2の端子との間に接続され、第1の制御信号と
相補的に変化する第2の制御信号を受けるゲート電極を
有する少なくとも1つの第2のトランジスタと、第1の
端子および第2の端子に共通端子の電圧よりも高いバイ
アス電圧を印加するバイアス印加回路とを備えたもので
ある。
【0017】本発明に係るスイッチ回路装置において
は、第1の制御信号により第1のトランジスタがオンす
ると、第2の制御信号により第2のトランジスタがオフ
する。また、第1の制御信号により第1のトランジスタ
がオフすると、第2の制御信号により第2のトランジス
タがオンする。
【0018】このとき、バイアス回路により少なくとも
オフ状態の第1または第2のトランジスタに接続される
第1または第2の端子に共通端子の電圧よりも高いバイ
アス電圧が印加される。それにより、耐電力が向上し、
入出力特性の線形領域が拡大する。また、電源電圧の低
下による耐電力の低下が抑制される。したがって、低電
圧動作での高出力化が可能となる。
【0019】オン状態の第1または第2のトランジスタ
のゲート電極に与えられる第1または第2の制御信号の
電圧をVhighとし、第1および第2のトランジスタのビ
ルトイン電圧をVbiとした場合に、バイアス電圧はV
high−Vbiよりも高いことが好ましい。それにより、オ
ン状態の第1または第2のトランジスタのビルトイン電
圧による耐電力の低下が抑制される。
【0020】バイアス電圧は、オン状態の第1または第
2のトランジスタのゲート電極に与えられる第1または
第2の制御信号の電圧に等しくてもよい。この場合、オ
ン状態の第1または第2のトランジスタのビルトイン電
圧による耐電力の低下が十分に抑制される。
【0021】バイアス回路は、バイアス電圧を受けるバ
イアスノードと第1の端子との間に接続された第1の抵
抗と、バイアス電圧を受けるバイアスノードと第2の端
子との間に接続された第2の抵抗とを含んでもよい。
【0022】この場合、バイアスノードのバイアス電圧
が第1の抵抗を介して第1の端子に与えられ、バイアス
ノードのバイアス電圧が第2の抵抗を介して第2の端子
に与えられる。
【0023】バイアス回路は、バイアス電圧を受けるバ
イアスノードと第1の端子との間に接続され、第1のト
ランジスタのオフ時にオン状態になる第3のトランジス
タと、バイアス電圧を受けるバイアスノードと第2の端
子との間に接続され、第2のトランジスタのオフ時にオ
ン状態になる第4のトランジスタとを含んでもよい。
【0024】この場合、第1のトランジスタのオフ時に
バイアスノードのバイアス電圧が第3のトランジスタを
介して第1の端子に与えられ、第2のトランジスタのオ
フ時にバイアスノードの電圧が第4のトランジスタを介
して第2の端子に与えられる。
【0025】
【0026】
【0027】
【0028】
【0029】第2の発明に係るスイッチ回路装置は、共
通端子と第1の端子との間に接続され、第1の制御信号
を受けるゲート電極を有する少なくとも1つの第1のト
ランジスタと、共通端子と第2の端子との間に接続さ
れ、第1の制御信号と相補的に変化する第2の制御信号
を受けるゲート電極を有する少なくとも1つの第2のト
ランジスタと、第1の端子および第2の端子に第1のバ
イアス電圧を印加する第1のバイアス回路と、共通端子
に第2のバイアス電圧を印加する第2のバイアス回路と
を備え、オン状態の第1または第2のトランジスタのゲ
ート電極に与えられる第1または第2の制御信号の電圧
をVhighとし、オフ状態の第1または第2のトランジス
タのゲート電極に与えられる第1または第2の制御信号
の電圧をV low とし、第1および第2のトランジスタの
ビルトイン電圧をVbiとした場合に、第1のバイアス電
圧はVhigh−Vbiよりも高くかつ第2のバイアス電圧よ
りも高く、第2のバイアス電圧はVhighよりも低くかつ
low よりも高いことを特徴とするものである。
【0030】本発明に係るスイッチ回路装置において
は、第1の制御信号により第1のトランジスタがオンす
ると、第2の制御信号により第2のトランジスタがオフ
する。また、第1の制御信号により第1のトランジスタ
がオフすると、第2の制御信号により第2のトランジス
タがオンする。
【0031】このとき、第1のバイアス回路により第1
の端子および第2の端子にVhigh−Vbiよりも高くかつ
第2のバイアス電圧よりも高い第1のバイアス電圧が印
加され、第2のバイアス回路により共通端子にVhigh
りも低くかつVlow よりも高い第2のバイアス電圧が印
加される。
【0032】第2のバイアス電圧がVhigh−Vbiよりも
低い場合には、オン状態の第1または第2のトランジス
タのオン抵抗が低くなり、第2のバイアス回路がない場
合と比較してスイッチ回路装置の挿入損失が低減され
る。また、第1のバイアス回路がない場合と比較して電
源電圧の低下による耐電力の低下が抑制される。第2の
バイアス電圧がVhigh−Vbiよりも高い場合には、耐電
力が向上し、入出力特性の線形領域が拡大する。したが
って、低電圧動作での高出力化が可能となる。
【0033】
【発明の実施の形態】(1)第1の実施例 図1は本発明の第1の実施例によるスイッチ回路装置の
構成を示す回路図である。
【0034】図1のスイッチ回路装置100において、
端子ANTにつながるノードPtaと端子TXにつなが
るノードPtxとの間にFET10が接続されている。
また、端子ANTにつながるノードPraと端子RXに
つながるノードPrxとの間にFET20が接続されて
いる。
【0035】FET10のゲートPtgとノードPta
との間に付加容量70が接続されている。また、FET
20のゲートPrgとノードPraとの間に付加容量8
0が接続されている。付加容量70,80の容量値はそ
れぞれCd である。この容量値Cd には、後述するよう
にFET10,20のソースおよびドレインに印加され
るバイアスの非対称により生じるゲートPtgとノード
Ptaとの間の容量の増加分およびゲートPrgとノー
ドPraとの間の容量の増加分がそれぞれ含まれる。
【0036】FET10,20のゲートにはそれぞれ抵
抗を介して互いに相補な制御信号Vc1,Vc2が印加
される。制御信号Vc1は、高レベルの電圧Vhighと低
レベルの電圧Vlow とに変化する。制御信号Vc2は、
制御信号Vc1と相補的に低レベルの電圧Vlow と高レ
ベルの電圧Vhighとに変化する。
【0037】ノードPtxは、高抵抗50を介してバイ
アス端子BTに接続されている。また、ノードPrx
は、高抵抗60を介してバイアス端子BRに接続されて
いる。バイアス端子BT,BRには、バイアス電圧とし
てそれぞれ高レベルの電圧Vhi ghが与えられる。なお、
高抵抗50,60の抵抗値は、例えば5kΩ程度である
が、これに限定されない。高抵抗50およびバイアス端
子BTがバイアス回路110を構成し、高抵抗60およ
びバイアス端子BRがバイアス回路120を構成する。
【0038】例えば、制御信号Vc1が高レベルの電圧
highになり、制御信号Vc2が低レベルの電圧Vlow
になると、FET10がオンし、FET20がオフす
る。このとき、ノードPraの電位はVhigh−Vbiに保
たれる。VbiはFET10,20のビルトイン電圧であ
り、Vbi≧0である。一方、ノードPrxの電位はバイ
アス回路120により高レベルの電圧Vhighにプルアッ
プされる。これにより、FET20のソースおよびドレ
インに印加されるバイアスが非対称になり、空乏層の拡
大によりFET20のゲートPrgとノードPraとの
間の容量がゲートPrgとノードPrxとの間の容量に
比べて増加する。
【0039】逆に、制御信号Vc1が低レベルの電圧V
low になり、制御信号Vc2が高レベルの電圧Vhigh
なると、FET10がオフし、FET20がオンする。
このとき、ノードPtaの電位はVhigh−Vbiに保たれ
る。一方、ノードPtxの電位はバイアス回路110に
より高レベルの電圧Vhighにプルアップされる。これに
より、FET10のソースおよびドレインに印加される
バイアスが非対称になり、空乏層の拡大によりFET1
0のゲートPtgとノードPtaとの間の容量がゲート
PtgとノードPtxとの間の容量に比べて増加する。
【0040】図2は図1のスイッチ回路装置の等価回路
図である。図2の等価回路図では、FET10がオン
し、FET20がオフしている場合が示される。すなわ
ち、制御信号Vc1が高レベルの電圧Vhighとなり、制
御信号Vc2が低レベルの電圧Vlow となっている。
【0041】Coff はFET10,20のオフ容量値で
あり、Cd は上記の付加容量70,80の容量値であ
る。ノードPraとFET20のゲートPrgとの間に
off+Cd が接続され、ゲートPrgとノードPrx
との間にCoff が接続されている。
【0042】この場合、ノードPraの電位はVhigh
biに保たれる。一方、ノードPrxの電位はバイアス
回路120によりVhighに保たれる。
【0043】この場合、ノードPraとゲートPrgと
の間のオフ状態を保つ条件は次式で与えられる。
【0044】 Vhigh−Vlow +Vp −Vbi≧Vrf1 …(A1) Vp はFET10,20のピンチオフ電圧であり、V
rf1 はノードPraとゲートPrgとの間に加わる信号
振幅であり、Vrf1 ≧0である。
【0045】ここで、ノードPrxとゲートPrgとの
間の最大許容信号振幅をVrf1mと表記すると、式(A
1)は次式のようになる。
【0046】 Vrf1m=Vhigh−Vlow +Vp −Vbi=Vh −Vbi …(A2) ただし、Vhigh−Vlow +Vp =Vh である。また、ゲ
ートPrgとノードPrxとの間のオフ状態を保つ条件
は次式で与えられる。
【0047】 Vhigh−Vlow +Vp ≧Vrf2 …(A3) Vrf2 はゲートPrgとノードPrxとの間に加わる信
号振幅であり、Vrf2≧0である。
【0048】ゲートPrgとノードPrxとの間の最大
許容信号振幅をVrf2mと表記すると、式(A3)は次式
のようになる。
【0049】 Vrf2m=Vhigh−Vlow +Vp =Vh …(A4) また、容量による電圧分配は次式で表される。
【0050】 (Coff +Cd )・Vrf1m=Coff ・Vrf2m …(A5) 最大許容信号振幅Vrf1m,Vrf2mを同時に実現するため
には、上式(A2),(A4),(A5)より次式の条
件を満たす必要がある。
【0051】 Cd =Coff ・Vbi/(Vh −Vbi) …(A6) このとき、ノードPraとノードPrxとの間の最大許
容信号振幅をVrfm と表記すると次式が成り立つ。
【0052】Vrfm =Vrf1m+Vrf2m …(A7) さらに、上式(A2),(A4)より上式(A7)は次
式のようになる。
【0053】Vrfm =2Vh −Vbi …(A8) ここで、端子TXには抵抗値Rの内部抵抗を有する電源
が接続され、端子ANTには抵抗値Rの負荷抵抗が接続
されるものとする。この場合、内部抵抗および負荷抵抗
で消費される電力Pは次式で与えられる。
【0054】 P=n2 (Vrf2 /(2R) …(A9) ここで、Vrf=Vrf1 +Vrf2 である。また、nはFE
T10,20の接続段数であり、図1および図2の例で
はn=1である。
【0055】このとき、FET20のオフ状態を維持で
きるオン側のFET10の最大電力(耐電力)Ph は、
上式(A8),(A9)より、n=1、Vrf=Vrfm
して次式で与えられる。
【0056】 上式(A10)を式(C4)と比較すると、耐電力Ph
が向上していることが分かる。
【0057】ここで、Vhigh=3[V]、Vlow =0、
p =−1[V]、R=50[Ω]、Cd =0.2[p
F]、Coff =0.6[pF]とする。また、FET1
0,20のゲート金属としてPt(白金)を用いた場
合、Vbi=0.5[V]となる。したがって、端子AN
Tの電位は2.5Vになる。
【0058】この場合、耐電力Ph は図10に示した従
来のスイッチ回路装置200では、式(C4)から90
mWとなる。一方、本実施例のスイッチ回路装置100
では、オフ状態のFET20に接続される端子RXの電
位が高レベルの電圧Vhighにプルアップされるため、耐
電力Ph は式(A10)から約120mWとなる。その
結果、スイッチ回路装置における入出力特性の線形領域
が拡大する。
【0059】(2)第2の実施例 図3は本発明の第2の実施例におけるスイッチ回路装置
の構成を示す回路図である。
【0060】図3のスイッチ回路装置101が図1のス
イッチ回路装置100と異なるのは次の点である。ノー
ドPtxは、高抵抗50およびFET30を介しバイア
ス端子BTに接続されている。ノードPrxは、高抵抗
60およびFET40を介してバイアス端子BRに接続
されている。FET30のゲートには抵抗を介して制御
信号Vc2が与えられ、FET40のゲートには抵抗を
介して制御信号Vc1が与えられる。バイアス端子B
T,BRには、バイアス電圧としてそれぞれ高レベルの
電圧Vhighが与えられる。
【0061】高抵抗50およびFET30がバイアス回
路130を構成し、高抵抗60およびFET40がバイ
アス回路140を構成する。図3のスイッチ回路装置1
01の他の部分の構成は、図1のスイッチ回路装置10
0の構成と同様である。
【0062】例えば、制御信号Vc1が高レベルの電圧
highになり、制御信号Vc2が低レベルの電圧Vlow
になると、FET10がオンし、FET20がオフす
る。同時に、FET30がオフし、FET40がオンす
る。それにより、バイアス回路140によりノードPr
xに高レベルの電圧Vhighが与えられる。
【0063】この場合、オン状態のFET10のノード
Ptxにはバイアス回路130によるバイアス電圧が印
加されない。また、高抵抗50が設けられているので、
高周波信号がバイアス回路130に侵入して制御信号V
c2に雑音が発生することが防止される。それにより、
スイッチ回路装置101の誤動作が防止される。
【0064】また、制御信号Vc2が低レベルの電圧V
low になり、制御信号Vc1が高レベルの電圧Vhigh
なると、FET10がオフし、FET20がオンする。
同時に、FET30がオンし、FET40がオフする。
それにより、バイアス回路130によりノードPtxに
高レベルの電圧Vhighが与えられる。
【0065】この場合、オン状態のFET20のノード
Prxにはバイアス回路140によるバイアス電圧が印
加されない。また、バイアス回路140に高抵抗60が
設けられているので、高周波信号がバイアス回路140
に侵入して制御信号Vc1に雑音が発生することが防止
される。それにより、スイッチ回路装置101の誤動作
が生じない。
【0066】本実施例のスイッチ回路装置101におい
ても、耐電力Ph が向上し、入出力特性の線形領域が拡
大する。
【0067】(3)第3の実施例 図4は本発明の第3の実施例におけるスイッチ回路装置
の構成を示す回路図である。
【0068】図4のスイッチ回路装置102において
は、ノードPtaとノードPtbとの間にFET11が
接続され、ノードPtbとノードPtxとの間にFET
12が接続されている。また、ノードPraとノードP
rbとの間にFET21が接続され、ノードPrbとノ
ードPrxとの間にFET22が接続されている。この
ように、FETの接続段数を2段にすることにより高出
力化が図られる。
【0069】FET11のゲートPtg1およびFET
12のゲートPtg2にはそれぞれ抵抗を介して制御信
号Vc1が与えられる。FET21のゲートPrg1お
よびFET22のゲートPrg2にはそれぞれ抵抗を介
して制御信号Vc2が与えられる。FET11のゲート
Ptg1とノードPtaとの間に付加容量70が接続さ
れ、FET21のゲートPrg1とノードPraとの間
に付加容量80が接続されている。
【0070】ノードPtbおよびノードPtxは、それ
ぞれ高抵抗50および共通のFET30を介してバイア
ス端子BTに接続されている。また、ノードPrbおよ
びノードPrxは、それぞれ高抵抗60および共通のF
ET40を介してバイアス端子BRに接続されている。
FET30のゲートには制御信号Vc2が与えられ、F
ET40のゲートには制御信号Vc1が与えられる。バ
イアス端子BT,BRには、バイアス電圧としてそれぞ
れ高レベルの電圧Vhighが与えられる。
【0071】2つの高抵抗50およびFET30がバイ
アス回路150を構成し、2つの高抵抗60およびFE
T40がバイアス回路160を構成する。
【0072】例えば、制御信号Vc1が高レベルの電圧
highになり、制御信号Vc2が低レベルの電圧Vlow
になると、FET11,12がオンし、FET21,2
2がオフする。同時に、FET30がオフし、FET4
0がオンする。それにより、ノードPrb,Prxにバ
イアス回路160により高レベルの電圧Vhighが与えら
れる。
【0073】また、制御信号Vc1が低レベルの電圧V
low となり、制御信号Vc2が高レベルの電圧Vhigh
なると、FET11,12がオフし、FET21,22
がオンする。また、FET30がオンし、FET40が
オフする。それにより、ノードPtb,Ptxにバイア
ス回路150により高レベルの電圧Vhighが与えられ
る。
【0074】図5は図4のスイッチ回路装置102の等
価回路図である。図5の等価回路図では、FET11,
12がオンし、FET21,22がオフしている場合が
示される。すなわち、制御信号Vc1が高レベルの電圧
highとなり、制御信号Vc2が低レベルの電圧Vlow
となっている。
【0075】この場合、ノードPraとゲートPrg1
との間のオフ状態を保つ条件は次式で与えられる。
【0076】 Vhigh−Vlow +Vp −Vbi≧Vrf1 …(B1) Vrf1 はノードPraとゲートPrg1との間に加わる
信号振幅(≧0)である。また、ゲートPrg1とノー
ドPrbとの間のオフ状態を保つ条件は次式で与えられ
る。
【0077】 Vhigh−Vlow +Vp ≧Vrf2 …(B2) Vrf2 はゲートPrg1とノードPrbとの間に加わる
信号振幅(≧0)である。さらに、ノードPrbとゲー
トPrg2との間のオフ状態を保つ条件は次式で与えら
れる。
【0078】 Vhigh−Vlow +Vp ≧Vrf3 …(B3) Vrf3 はノードPrbとゲートPrg2との間に加わる
信号振幅(≧0)である。また、ゲートPrg2とノー
ドPrxとの間のオフ状態を保つ条件が次式で与えられ
る。
【0079】 Vhigh−Vlow +Vp ≧Vrf4 …(B4) Vrf4 はゲートPrg2とノードPrxとの間に加わる
信号振幅(≧0)である。
【0080】ノードPraとゲートPrg1との間の最
大許容信号振幅をVrf1mと表記し、ゲートPrg1とノ
ードPrbとの間の最大許容信号振幅をVrf2mと表記
し、ノードPrbとゲートPrg2との間の最大許容信
号振幅をVrf3mと表記し、ゲートPrg2とノードPr
xとの間の最大許容信号振幅をVrf4mと表記すると、上
式(B1),(B2),(B3),(B4)は次式のよ
うになる。
【0081】 Vrf1m=Vhigh−Vlow +Vp −Vbi=Vh −Vbi …(B5) Vrf2m=Vhigh−Vlow +Vp =Vh …(B6) Vrf3m=Vhigh−Vlow +Vp =Vh …(B7) Vrf4m=Vhigh−Vlow +Vp =Vh …(B8) また、容量による電圧分配は次式で表される。
【0082】 (Coff +Cd )・Vrf1m=Coff ・Vrf2m =Coff ・Vrf3m=Coff ・Vrf4m …(B9) 最大許容信号振幅Vrf1m,Vrf2m,Vrf3m,Vrf4mを同
時に実現するためには、上式(B5)〜(B9)より次
式の条件を満たす必要がある。
【0083】 Cd =Coff ・Vbi/(Vh −Vbi) …(B10) このとき、ノードPraとノードPrxとの間の最大許
容信号振幅Vrfm は次式で表される。
【0084】 Vrfm =Vrf1m+Vrf2m+Vrf3m+Vrf4m …(B11) さらに、上式(B5)〜(B8)より上式(B11)は
次式のようになる。
【0085】Vrfm =4Vh −Vbi …(B12) このとき、式(A10)より耐電力Ph は次式で表され
る。
【0086】 Ph =(Vrfm 2 /(2R)=(2Vh −Vbi2 /(2R) …(B13 ) 上式(B13)をさらに一般化すればFETの接続段数
がnの場合の耐電力P h は次式のようになる。
【0087】 Ph =(2nVh −Vbi2 /(2R) …(B14) 従来のスイッチ回路装置の耐電力Ph は上記のように次
式のようになる。
【0088】 Ph =(2n)2 ・(Vh −Vbi2 /(2R) …(C4) 上式(B14),(C4)より、本実施例のスイッチ回
路装置と従来のスイッチ回路装置とにおける耐電力の差
ΔPh は次式で与えられる。
【0089】 ΔPh ={4nVh −(2n+1)Vbi}{(2n−1)Vbi}/(2R) …(B15) ここで、Vhigh=3[V]、Vlow =0、Vp =−1
[V]、n=2、R=50[Ω]、Cd =0.2[p
F]、Coff =0.6[pF]、とする。また、FET
11,12,21,22のゲート金属としてPtを用い
た場合、Vbi=0.5[V]程度となる。
【0090】この場合、従来のスイッチ回路装置におけ
る耐電力Ph は、式(C4)より360mWとなる。こ
れに対して、本実施例のスイッチ回路装置102におけ
る耐電力Ph は、式(B14)より約560mWにな
る。その結果、スイッチ回路装置102の出力信号の線
形領域が拡大する。
【0091】また、Vhigh=2[V]、Vlow =0、V
p =−1[V]、Vbi=0.5[V]、n=2、R=5
0[Ω]、Cd =0.2[pF]、Coff =0.6[p
F]とする。
【0092】この場合、従来のスイッチ回路装置におけ
る耐電力Ph は、式(C4)より40mWとなる。これ
に対して、本実施例のスイッチ回路装置102における
耐電力Ph は、式(B14)より122.5mWとな
る。このように、本実施例のスイッチ回路装置102に
よれば、従来のスイッチ回路装置の3倍以上の耐電力が
得られる。その結果、制御信号Vc1,Vc2の電圧が
低くても耐電力の低下を抑制することができる。
【0093】また、本実施例のスイッチ回路装置102
は、ビルトイン電圧Vbiの大きなFETを用いた場合に
おいても高出力化が可能となる。
【0094】(4)第4の実施例 図6は本発明の第4の実施例におけるスイッチ回路装置
の構成を示す回路図である。
【0095】図6のスイッチ回路装置103において
は、マルチゲート型FETとしてデュアルゲート型FE
T10a,20aが用いられている。ノードPtaとノ
ードPtxとの間に2つのゲートPtg1,Ptg2を
有するデュアルゲート型FET10aが接続されてい
る。また、ノードPraとノードPrxとの間に2つの
ゲートPrg1,Prg2を有するデュアルゲート型F
ET20aが接続されている。このように、デュアルゲ
ート型FET10a,20aを用いることにより小型化
および高出力化が図られる。
【0096】FET10aのゲートPtg1,Ptg2
にはそれぞれ抵抗を介して制御信号Vc1が与えられ
る。FET20aのゲートTrg1,Trg2にはそれ
ぞれ抵抗を介して制御信号Vc2が与えられる。FET
10aのゲートPtg1とノードPtaとの間に付加容
量70が接続され、FET20aのゲートPrg1とノ
ードPraとの間に付加容量80が接続されている。
【0097】FET10aのゲートPtg1,Ptg2
間には低抵抗領域RN+が設けられている。この低抵抗
領域RN+およびノードPtxは、それぞれ高抵抗50
および共通のFET30を介してバイアス端子BTに接
続されている。また、FET20aのゲートPrg1,
Prg2間には低抵抗領域RN+が設けられている。こ
の低抵抗領域RN+およびノードPrxは、それぞれ高
抵抗60および共通のFET40を介してバイアス端子
BRに接続されている。本実施例のスイッチ回路装置1
03の他の部分の構成は、図4のスイッチ回路装置10
2の構成と同様である。
【0098】図7は図6のスイッチ回路装置103に用
いられるデュアルゲート型FETの模式的断面図であ
る。
【0099】図7に示すように、GaAsからなる基板
500に、所定間隔を隔てて1対のN+ イオン注入層5
01,502が形成されている。N+ イオン注入層50
1,502上にはそれぞれオーミック電極OM1,OM
2が形成されている。1対のN+ イオン注入層501,
502間の基板500にはN型の動作層503が形成さ
れている。
【0100】オーミック電極OM1,OM2間の動作層
503上には所定間隔を隔てて2つのゲート電極G1,
G2が形成されている。ゲート電極G1,G2間におけ
る基板500にはN+ イオン注入層からなる低抵抗領域
RN+が形成されている。
【0101】これらのゲート電極G1,G2が図6のF
ET10aのゲートPtg1,Ptg2およびFET2
0aのゲートPrg1,Prg2に相当する。また、オ
ーミック電極OM1,OM2が図6のFET10aのノ
ードPta,PtxおよびFET20aのノードPr
a,Prxに相当する。
【0102】特に、本実施例のスイッチ回路装置103
においては、低抵抗領域RN+および高抵抗50,60
を微細化が容易なイオン注入プロセスにより形成するこ
とにより、小型化を図ることができる。
【0103】したがって、本実施例のスイッチ回路装置
103においては、耐電力Ph が向上するとともに、小
型化が可能となる。
【0104】(5)第5の実施例 図8は本発明の第5の実施例におけるスイッチ回路装置
の構成を示す回路図である。
【0105】図8のスイッチ回路装置104が図1のス
イッチ回路装置100と異なるのは次の点である。端子
ANTは高抵抗90を介してバイアス端子BAに接続さ
れている。バイアス端子BAにはバイアス電圧Vbias
与えられる。高抵抗90およびバイアス端子BAがバイ
アス回路180を構成する。
【0106】このバイアス電圧Vbiasは、Vhighよりも
低く、Vlow よりも高く、かつバイアス端子BT,BR
に与えられるバイアス電圧よりも低い。図8のスイッチ
回路装置104の他の部分の構成は、図1のスイッチ回
路装置100の構成と同様である。
【0107】バイアス電圧VbiasがVhigh−Vbiよりも
低く、かつバイアス端子BT,BRに印加されるバイア
ス電圧がバイアス電圧Vbiasよりも高い場合には、バイ
アス電圧Vbiasを印加しない場合(図1のスイッチ回路
装置100)に比べて、オン状態のFET1または2の
オン抵抗が低くなり、スイッチ回路装置104の挿入損
失が低減される。ただし、スイッチ回路装置104の耐
電力は図1のスイッチ回路装置100の耐電力に比べて
低下する。
【0108】また、バイアス電圧VbiasがVhigh−Vbi
よりも高く、かつバイアス端子BT,BRに印加される
バイアス電圧がバイアス電圧Vbiasよりも高い場合に
は、バイアス電圧Vbiasを印加しない場合(図1のスイ
ッチ回路装置100)に比べて、耐電力が向上する。た
だし、オン状態のFET1または2のオン抵抗が高くな
るため、スイッチ回路装置104の挿入損失は図1のス
イッチ回路装置100の挿入損失に比べて増加する。
【0109】本実施例のスイッチ回路装置104におけ
る耐電圧Ph は、上式(A10)と同様にして次式で表
される。
【0110】 Ph =(Vbias+Vhigh−2Vlow +2Vp 2 /(2R) …(D1) また、図10の従来のスイッチ回路装置200において
ノードPta,Praに上記のバイアス電圧Vbiasを印
加した場合には、式(C4)のVhigh−VbiをVbias
置き換えることにより、耐電圧Ph は、次式(D2)で
表される。ただし、n=1である。
【0111】 Ph =(2Vbias−2Vlow +2Vp 2 /(2R) …(D2) Vhigh>Vbiasであるので、上式(D1)において耐電
力Ph が向上していることがわかる。したがって、本実
施例のスイッチ回路装置104においても、第1の実施
例のスイッチ回路装置100と同様に、耐電力Ph が向
上し、入出力特性の線形領域が拡大する。
【0112】なお、第1〜第5の実施例のスイッチ回路
装置100,101,102,103,104内で高レ
ベルの電圧Vhighよりも高い電源電圧を使用可能な場合
には、バイアス端子BT,BRに高レベルの電圧Vhigh
よりも高いバイアス電圧を印加してもよい。その場合に
も、耐電力Ph の向上が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例におけるスイッチ回路装
置の構成を示す回路図である。
【図2】図1のスイッチ回路装置の等価回路図である。
【図3】本発明の第2の実施例におけるスイッチ回路装
置の構成を示す回路図である。
【図4】本発明の第3の実施例におけるスイッチ回路装
置の構成を示す回路図である。
【図5】図4のスイッチ回路装置の等価回路図である。
【図6】本発明の第4の実施例におけるスイッチ回路装
置の構成を示す回路図である。
【図7】図6のスイッチ回路装置に用いられるデュアル
ゲート型FETの模式的断面図である。
【図8】本発明の第5の実施例におけるスイッチ回路装
置の構成を示す回路図である。
【図9】従来のスイッチ回路装置を用いた送受信装置の
一例を示す図である。
【図10】従来のスイッチ回路装置の構成を示す回路図
である。
【符号の説明】
10,10a,11,12,20,20a,21,2
2,30,40 FET 50,60,90 高抵抗 70,80 付加容量 110,120,130,140,150,160,1
80 バイアス回路 BT,BR,BA バイアス端子 ANT,TX,RX 端子
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−195667(JP,A) 特開 平10−93472(JP,A) 特開 平8−307232(JP,A) 特開 平9−153781(JP,A) 特開 平8−70245(JP,A) 特開 平8−293776(JP,A) 特開 昭55−75348(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01P 1/15 H03K 17/693 H04B 1/18 H04B 1/44

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 共通端子と第1の端子との間に接続さ
    れ、第1の制御信号を受けるゲート電極を有する少なく
    とも1つの第1のトランジスタと、 前記共通端子と第2の端子との間に接続され、前記第1
    の制御信号と相補的に変化する第2の制御信号を受ける
    ゲート電極を有する少なくとも1つの第2のトランジス
    タと、 前記第1の端子および前記第2の端子に前記共通端子の
    電圧よりも高いバイアス電圧を印加するバイアス回路と
    を備え 前記バイアス電圧は、オン状態の前記第1または第2の
    トランジスタのゲート電極に与えられる前記第1または
    第2の制御信号の電圧をVhighとし、前記第1および第
    2のトランジスタのビルトイン電圧をVbiとした場合
    に、Vhigh−Vbiよりも高いことを特徴とするスイッチ
    回路装置。
  2. 【請求項2】 前記バイアス電圧は、オン状態の前記第
    1または第2のトランジスタのゲート電極に与えられる
    前記第1または第2の制御信号の電圧に等しいことを特
    徴とする請求項1に記載のスイッチ回路装置。
  3. 【請求項3】 前記バイアス回路は、 前記バイアス電圧を受けるバイアスノードと前記第1の
    端子との間に接続された第1の抵抗と、 前記バイアス電圧を受けるバイアスノードと前記第2の
    端子との間に接続された第2の抵抗とを含むことを特徴
    とする請求項1または2のいずれかに記載のスイッチ回
    路装置。
  4. 【請求項4】 共通端子と第1の端子との間に接続さ
    れ、第1の制御信号を受けるゲート電極を有する少なく
    とも1つの第1のトランジスタと、 前記共通端子と第2の端子との間に接続され、前記第1
    の制御信号と相補的に変化する第2の制御信号を受ける
    ゲート電極を有する少なくとも1つの第2のトランジス
    タと、 前記第1の端子および前記第2の端子に第1のバイアス
    電圧を印加する第1のバイアス回路と、 前記共通端子に第2のバイアス電圧を印加する第2のバ
    イアス回路とを備え、 オン状態の前記第1または第2のトランジスタのゲート
    電極に与えられる前記第1または第2の制御信号の電圧
    をVhighとし、オフ状態の前記第1または第2のトラン
    ジスタのゲート電極に与えられる前記第1または第2の
    制御信号の電圧をVlow とし、前記第1および第2のト
    ランジスタのビルトイン電圧をVbiとした場合に、前記
    第1のバイアス電圧はVhigh−Vbiよりも高くかつ前記
    第2のバイアス電圧よりも高く、前記第2のバイアス電
    圧はVhighよりも低くかつVlowよりも高いことを特徴
    とするスイッチ回路装置。
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