JP4370208B2 - Semiconductor switch circuit - Google Patents
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Description
本発明は、移動体通信機器や高周波機器の高周波信号の切り替えを行う半導体スイッチ回路に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor switch circuit for switching a high frequency signal of a mobile communication device or a high frequency device.
図4は従来のアンテナ用半導体スイッチ回路の構成の一例を示す図であり、内部送受信アンテナ端子24と送受信端子28との間、内部送受信アンテナ端子24と第2の受信端子23との間、内部受信アンテナ端子21と第1の受信端子25との間、内部受信アンテナ端子21と第2の受信端子23との間、外部アンテナ端子27と第1の受信端子25との間、外部アンテナ端子27と送受信端子28との間、および外部アンテナ端子27と第2の受信端子23との間のいずれかが接続となる状態、内部送受信アンテナ端子24と送受信端子28との間、並びに内部受信アンテナ21と第1の受信端子25との間が同時に接続される状態、外部アンテナ端子27と送受信端子28との間、並びに内部受信アンテナ端子21と第1の受信端子25との間が同時に接続される状態を切り替える移動体通信機器に用いられる。
FIG. 4 is a diagram showing an example of the configuration of a conventional antenna semiconductor switch circuit. Between the internal transmission /
図4に示したアンテナ用半導体スイッチ回路は、同一製品である第1、第2の2極双投スイッチのICパッケージ(以下DPDTスイッチ)62,63を使用した回路であり、各DPDTスイッチ62,63はガリウム砒素半導体で形成された複数のFETスイッチと、ガリウム砒素もしくはシリコンMOS半導体で形成されたデコーダ52,53とをそれぞれ同一のICパッケージに収納した構成となっている。
The antenna semiconductor switch circuit shown in FIG. 4 is a circuit using first and second double-pole double-throw switch IC packages (hereinafter referred to as DPDT switches) 62 and 63 which are the same product.
第1のDPDTスイッチ62を構成するFETスイッチ11,14は同一論理動作、すなわちFETスイッチ11が導通のときFETスイッチ14も導通となり、FETスイッチ11が非導通のときFETスイッチ14も非導通となる。FETスイッチ12,13も同様である。さらに、第2のDPDTスイッチ63を構成するFETスイッチ15,18、FETスイッチ16,17もそれぞれ同一論理動作する構成となっている。
The
第1のDPDTスイッチ62は、内部送受信アンテナ端子24と送受信端子28との間の導通/非導通を切り替えるFETスイッチ11、内部送受信アンテナ端子24と第2の受信端子23との間の導通/非導通を切り替えるFETスイッチ12、送受信端子28と外部接続端子29との間の導通/非導通を切り替えるFETスイッチ13、第2の受信端子23と外部接続端子29との間の導通/非導通を切り替えるFETスイッチ14、およびデコーダ52により構成されている。そして、キャパシタ34を介して内部送受信アンテナ43に、キャパシタ33を介して第2の受信回路42に、キャパシタ38を介して送受信回路46に、それぞれ接続され、さらに直接に第2のDPDTスイッチ63に接続されている。
The
第2のDPDTスイッチ63は、内部受信アンテナ端子21と外部接続端子30との間の導通/非導通を切り替えるFETスイッチ15、内部受信アンテナ端子21と第1の受信端子25との間の導通/非導通を切り替えるFETスイッチ16、外部接続端子30と外部アンテナ端子27との間の導通/非導通を切り替えるFETスイッチ17、第1の受信端子25と外部アンテナ端子27との間の導通/非導通を切り替えるFETスイッチ18、およびデコーダ53で構成されている。そして、キャパシタ31を介して内部受信アンテナ41に、キャパシタ35を介して第1の受信回路44に、キャパシタ37を介して外部アンテナ45に、それぞれ接続され、さらに直接に第1のDPDTスイッチ62に接続されている。
The
FETスイッチ11〜14はデコーダ52により発生される制御電圧によって導通/非導通が制御される。FETスイッチ15〜18はデコーダ53により発生される制御電圧によって導通/非導通が制御される。
The FET switches 11 to 14 are controlled to be conductive / non-conductive by a control voltage generated by the
以下、その動作について図5を参照しつつ説明する。この図5は、2ビットの制御入力信号B1,B2に応じて各FETスイッチ11〜18の導通/非導通を制御するために出力する制御出力信号11〜18の論理を示す図である。同図において「通過経路」欄に示された数字は図4における端子番号を意味し、その端子間が接続状態であることを示す。例えば「24−28」は内部送受信アンテナ端子24と送受信端子28が接続状態(FETスイッチ11が導通)であることを意味する。また「制御出力信号」欄に示された数字は第1,第2のDPDTスイッチ62,63を構成するFETスイッチ11〜18と対応し、「H」は出力論理値がHigh(高電圧レベル)で当該FETスイッチが導通となり、「L」は出力論理値がLow(低電圧レベル)で当該FETスイッチが非導通となることを意味する。なお、上記の通過経路「24−28」のときは、FETスイッチ11の他に、FETスイッチ14,15,18も導通し、通過経路「24−28」に影響を及ぼさない通過経路「23−29」、「21−30」,「25−27」も形成されているが、これはデコーダ52,53の都合上(FETスイッチを導通させる信号を出力するとき消費電力が少なくて済む)であり、動作には関係ない。
The operation will be described below with reference to FIG. FIG. 5 is a diagram showing the logic of the
次に図4に従って動作例を示す。内部送受信アンテナ端子24と送受信端子28の通過経路「24−28」の場合、制御入力信号B1を「L」、制御入力信号B2を「L」に設定する。このときは、FETスイッチ11,14,15,18が導通状態、FETスイッチ12,13,16,17が非導通状態となる。他の通過経路についても同様の動作となる。
Next, an example of operation will be described with reference to FIG. In the case of the passage path “24-28” between the internal transmitting / receiving
しかしながら、上記のような構成では、次のような問題点があった。まず、内部受信アンテナ端子21と第2の受信端子23との間の通過経路「21−23」、外部アンテナ端子27と送受信端子28との間の通過経路「27−28」、および外部アンテナ端子27と第2の受信端子23との間の通過経路「27−23」いずれかを実現するとき、2つのDPDTスイッチ62,63を使用しなければならず、基板に占める実装面積が大きくなり移動体端末の小型化に不利である問題点があった。
However, the above configuration has the following problems. First, the passage path “21-23” between the internal
また、DPDTスイッチを2つ使うため、ある経路においては必ず2つのFETスイッチを通過する必要がある。図4を参考に説明する。制御入力信号B1,B2がともに「H」のとき、制御出力信号12,13,16,17からは「H」が、11,14,15,18からは「L」が出力されるため、FETスイッチ12,13,16,17は導通状態となり、FETスイッチ11,14,15,18は非導通状態となる。このとき、送受信端子28と外部アンテナ端子27との間はFETスイッチ13,17を経て接続状態となる、すなわち通過経路「28−27」ではFETスイッチ13,17の2つのFETスイッチを通過するため、FETスイッチを1つしか通過しない経路と比較し、伝送損失が約2倍に劣化する。同様に第2の受信端子23と外部アンテナ端子27との間の通過経路「23−27」のとき、FETスイッチ14とFETスイッチ17を経て接続されるため、同様に通過経路の伝送損失が大きくなる。同様に第2の受信端子23と内部受信アンテナ端子21との間の通過経路「21−23」のとき、FETスイッチ14,15を経て接続されるため、同様に通過経路の伝送損失が大きくなる。
In addition, since two DPDT switches are used, it is necessary to pass through two FET switches in a certain path. This will be described with reference to FIG. When the control input signals B1 and B2 are both “H”, “H” is output from the
また、別の問題として、図4のような構成では、送信時に、送受信端子28へ大きな高周波送信電力が入力されるとき、FETスイッチ11,12,13,14のいずれかは必ず非導通となり、非導通となるFETスイッチのドレイン・ゲート(もしくはソース)間には高い高周波電圧が印加され通過電力特性が劣化する。既知の事実として、FETスイッチの通過電力特性は主として通過経路中の非導通であるFETスイッチで決定され、通過電力特性(耐電力性)を向上させるにはFETスイッチを構成するFETの段数を多段(並列接続)にすることが有効である。しかしながら、全てのFETスイッチ11,12,13,14を多段にすることはチップ面積を増大させる。
As another problem, in the configuration as shown in FIG. 4, when a large high-frequency transmission power is input to the transmission /
さらに別の問題として、送受信端子28と内部送受信アンテナ端子24との間が接続されかつ、第1の受信端子25と内部受信アンテナ端子21との間が未接続である場合、内部送受信アンテナ43は使用状態となり内部受信アンテナ41は未使用状態となる。このとき、アンテナ同士の干渉により使用中である内部送受信アンテナ43の感度が低下することがある。
As another problem, when the transmission /
またさらに別の問題として、内部送受信アンテナ端子24もしくは内部受信アンテナ端子21と送受信端子28、第1の受信端子25および第2の受信端子23のいずれかとの間が接続状態で、かつ外部アンテナ45が未使用時に、外部アンテナ端子27の負荷条件によって、接続状態である経路に不要な共振が発生し特性を劣化させる可能性がある。
Further, as another problem, the internal transmission /
本発明の目的は、伝送損失が低減でき、また耐電力性が要求されるFETスイッチの数が低減でき、さらに未使用端子による悪影響が生じないようにして、上記した問題を解決した半導体スイッチ回路を提供することである。 An object of the present invention is to provide a semiconductor switch circuit that can reduce the transmission loss, reduce the number of FET switches that are required to have power durability, and eliminate the adverse effects caused by unused terminals. Is to provide.
請求項1にかかる発明の半導体スイッチ回路は、内部受信アンテナ端子21、回路終端用の第1の外部接続端子22、第2の受信端子23、内部送受信アンテナ端子24、送受信端子28、外部アンテナ端子27、回路終端用の第2の外部接続端子26、第1の受信端子25、前記内部受信アンテナ端子21の順にエンドレス並びとなるように、8個の端子を配置し、前記内部受信アンテナ端子21と前記第1の受信端子25との間に第1のFETスイッチ1を、前記内部受信アンテナ端子21と前記第2の受信端子23との間に第2のFETスイッチ2を、前記第1の受信端子25と前記外部アンテナ端子27との間に第3のFETスイッチ3を、前記第2の受信端子23と前記外部アンテナ端子27との間に第4のFETスイッチ4を、前記第2の受信端子23と前記内部送受信アンテナ端子24との間に第5のFETスイッチ5を、前記外部アンテナ端子27と前記送受信端子28との間に第6のFETスイッチ6を、前記内部送受信アンテナ端子24と前記送受信端子28との間に第7のFETスイッチ7を、前記外部アンテナ端子27と前記第2の外部接続端子26との間に第8のFETスイッチ8を、前記内部受信アンテナ端子21と前記第1の外部接続端子22との間に第9のFETスイッチ9を、それぞれ設け、前記第1〜第9のFETスイッチ1〜9のうち、前記第5と前記第6と前記第9のFETスイッチ5,6,9のみが導通となる第1の状態、前記第1と前記第5と前記第6のFETスイッチ1,5,6のみが導通となる第2の状態、前記第4と前記第7と前記第9のFETスイッチ4,7,9のみが導通となる第3の状態、前記第2と前記第3と前記第7と前記第9のFETスイッチ2,3,7,9のみが導通となる第4の状態、前記第4と前記第7と前記第8と前記第9のFETスイッチ4,7,8,9のみが導通となる第5の状態、前記第1と前記第4と前記第7と前記第8のFETスイッチ1,4,7,8のみが導通となる第6の状態、前記第2と前記第3と前記第7と前記第8のFETスイッチ2,3,7,8のみが導通となる第7の状態、前記第5と前記第6と前記第8のスイッチ5,6,8のみが導通となる第8の状態の、いずれか1つの状態が選択されるようにした、
ことを特徴とする。
The semiconductor switch circuit of the invention according to
It is characterized by that.
このように構成することにより、通過経路を形成するFETスイッチは1個のみとなるので、伝送損失を低減することができる。また、耐電力性が要求されるFETスイッチ部分を少なくできる、つまりFETスイッチの段数を少なくすることができるので、小型化、低コスト化の利点がある。さらに、内部受信アンテナ端子もしくは外部アンテナ端子が未使用状態のときは、それらが短絡もしくは終端化されるので、回路特性を安定化させることができる。 With this configuration, only one FET switch forms a passage path, and transmission loss can be reduced. In addition, since the number of FET switch portions requiring power durability can be reduced, that is, the number of FET switch stages can be reduced, there is an advantage of downsizing and cost reduction. Further, when the internal receiving antenna terminal or the external antenna terminal is unused, they are short-circuited or terminated, so that the circuit characteristics can be stabilized.
本発明の実施例について図1、図2を用いて説明する。図1は本発明の実施例の半導体スイッチ回路を示し、内部受信アンテナ端子21、第2の受信端子23、内部送受信アンテナ端子24、第1の受信端子25、外部アンテナ端子27、および送受信端子28を有する。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a semiconductor switch circuit according to an embodiment of the present invention, and includes an internal
また、内部受信アンテナ端子21と第1の受信端子25との間の導通/非導通を切り替える第1のFETスイッチ1、内部受信アンテナ端子21と第2の受信端子23との間の導通/非導通を切り替える第2のFETスイッチ2、第1の受信端子25と外部アンテナ端子27との間の導通/非導通を切り替える第3のFETスイッチ3、第2の受信端子23と外部アンテナ端子27との間の導通/非導通を切り替える第4のFETスイッチ4、内部送受信アンテナ端子24と第2の受信端子23との間の導通/非導通を切り替える第5のFETスイッチ5、外部アンテナ端子27と送受信端子28との間の導通/非導通を切り替える第6のFETスイッチ6、内部送受信アンテナ端子24と送受信端子28との間の導通/非導通を切り替える第7のFETスイッチ7とを備える。
Also, the
複数のFETスイッチ1〜7はガリウム砒素からなり、ガリウム砒素半導体チップ上に集積回路化され、また、それらFETスイッチ1〜7を外部からの制御信号A1〜A3に応じて導通/非導通に制御する信号を出力するデコーダ51も、同一のガリウム砒素半導体チップ上に集積化されている。61はICパッケージである。
The plurality of
そして、内部受信アンテナ端子21はキャパシタ31を介して内部受信アンテナ41と接続され、第2の受信端子23はキャパシタ33を介して第2の受信回路42と接続され、内部送受信アンテナ端子24はキャパシタ34を介して内部送受信アンテナ43と接続され、第1の受信端子25はキャパシタ35を介して第1の受信回路44と接続され、外部アンテナ端子27はキャパシタ37を介して外部アンテナ45と接続され、送受信端子28はキャパシタ38を介して送受信回路46と接続される。
The internal
次に、図2の論理に従って図1の実施例に示す本発明の動作について説明する。まず「通過経路」の番号は図1の端子番号を指し、例えば「27−28」は外部アンテナ端子27と送受信端子28の通過経路であることを意味する。また「制御出力信号」欄に示された数字はデコーダ51の出力信号であり、FETスイッチ1〜7と対応し、「H」は出力論理値がHigh(高電圧レベル)で当該FETスイッチが導通となり、「L」は出力論理値がLow(低電圧レベル)で当該FETスイッチが非導通となることを意味する。なお、上記の通過経路「27−28」のときは、FETスイッチ6の他に、FETスイッチ5も導通し、通過経路「27−28」に影響を及ぼさない通過経路「23−24」も形成されているが、これはデコーダ51の都合上(FETスイッチを導通させる信号を出力するとき消費電力が少なくて済む)であり、動作には関係ない。
Next, the operation of the present invention shown in the embodiment of FIG. 1 will be described according to the logic of FIG. First, the “passing path” number indicates the terminal number in FIG. 1, and for example, “27-28” means a passing path between the
例えば、上記した「27−28」を通過経路とする場合、デコーダ51へ入力する制御入力信号A1を「L」、制御入力信号A2を「L」、制御入力信号A3を「L」に設定する。このとき、FETスイッチ1,2,3,4,7は非導通状態、FETスイッチ5,6は導通状態となる。他の7つの通過経路「21−25」、「21−23」、「23−24」、「24−28」、「25−27」、「23−27」についても制御入力信号A1,A2,A3により同様に動作し、各通過経路における導通/非導通はそれぞれ1つのFETスイッチによって実現され、各通過経路において低損失を実現できる。
For example, when the above-mentioned “27-28” is used as the passage route, the control input signal A1 input to the
次に、比較的大きな電力を送信する送信時の動作について説明する。本実施例における送信経路は2つあり、1つは送受信端子28と内部送受信アンテナ端子24の通過経路「24−28」の場合、もう1つは送受信端子28と外部アンテナ端子27の通過経路「27−28」の場合である。通過経路「24−28」のとき、FETスイッチ7が導通状態となりFETスイッチ5,6は非導通状態となる。同様に通過経路「27−28」のとき、FETスイッチ6が導通状態となりFETスイッチ3,4,7は非導通状態となる。
Next, an operation at the time of transmission for transmitting relatively large power will be described. In the present embodiment, there are two transmission paths, one is the transmission path “24-28” between the transmission /
すなわち、送信時に非導通状態となるFETスイッチ3〜7のドレイン・ゲート(もしくはソース)間には高い高周波電圧が印加されるため、耐電力性が小さいFETの場合は、通過電力特性向上のためにFETスイッチを構成するFETを多段にすることが必要である。しかし、FETスイッチ1,2はドレイン・ゲート(もしくはソース)間に高い高周波電圧が印加されることがないため、耐電力性が小さいFETの場合でもFETの段数をFETスイッチ3〜7と比して低減できる。すなわち、比較的大きな電力を送信する送信時でも、特性劣化を招くことなく回路規模を小型に出来るため、コストの低減が可能となる。 That is, a high high-frequency voltage is applied between the drain and gate (or source) of the FET switches 3 to 7 that are in a non-conductive state at the time of transmission. In addition, it is necessary to make the FETs constituting the FET switch multistage. However, since the FET switches 1 and 2 do not receive a high high-frequency voltage between the drain and gate (or source), even in the case of an FET with low power durability, the number of FET stages is compared with that of the FET switches 3 to 7. Can be reduced. In other words, even when transmitting a relatively large amount of power, the circuit scale can be reduced without incurring characteristic deterioration, and thus the cost can be reduced.
別の実施例として図3を用いて説明する。図3は図1に示す構成に、その導通により外部アンテナ端子27を外部接続端子26およびキャパシタ36を介して回路接地状態とするFETスイッチ8と、その導通により内部受信アンテナ端子21を外部接続端子22、キャパシタ32および抵抗71を介して回路終端状態とするFETスイッチ9とを追加した回路構成である。
Another embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows the configuration shown in FIG. 1 in which the FET switch 8 brings the
以下、FETスイッチ8,9の動作について説明する。図2の論理表において通過経路「24−28」のとき、通過経路「24−28」と「21−25」が同時のとき、通過経路「21−23」のとき、および通過経路「23−24」のときは、外部アンテナ45は未使用である。これらの状態において、FETスイッチ8を導通させることにより、外部アンテナ端子27は外部接続端子26およびキャパシタ16を介して回路接地状態となる。このように、未使用状態である外部アンテナ端子27を回路接地状態、すなわち低インピーダンスに保つことにより、外部アンテナ端子27が図示していない外部回路による影響を受けにくくなり、通過経路の特性劣化を抑えることができる。
Hereinafter, the operation of the FET switches 8 and 9 will be described. In the logical table of FIG. 2, when the passage route is “24-28”, the passage routes “24-28” and “21-25” are the same, the passage route is “21-23”, and the passage route is “23-”. In the case of 24 ", the
また、図2の論理表において通過経路「27−28」のとき、通過経路「23−27」のとき、通過経路「24−28」のとき、および通過経路「25−27」のときは、内部受信アンテナ41は未使用状態である。これらの状態において、FETスイッチ9を導通させることにより、内部受信アンテナ端子21は外部接続端子22、キャパシタ32、抵抗71を介して回路終端状態となる。このように、未使用状態である内部受信アンテナ41を回路終端状態、すなわち無反射とすることにより、内部受信アンテナ端子21が通過経路へ及ぼす影響を少なくすることができ、通過経路の特性劣化を抑えることができる。
In the logical table of FIG. 2, when the passage route is “27-28”, the passage route is “23-27”, the passage route is “24-28”, and the passage route is “25-27”, The
なお、上述ガリウム砒素半導体上に形成させるデコーダ51は、FETスイッチを形成するガリウム砒素半導体と同一基板上、別基板上のどちらに形成してもよく、また、シリコンMOS基板上に形成してもよい。
The
1〜7,11〜18:FETスイッチ 1-7, 11-18: FET switch
Claims (1)
前記内部受信アンテナ端子21と前記第1の受信端子25との間に第1のFETスイッチ1を、前記内部受信アンテナ端子21と前記第2の受信端子23との間に第2のFETスイッチ2を、前記第1の受信端子25と前記外部アンテナ端子27との間に第3のFETスイッチ3を、前記第2の受信端子23と前記外部アンテナ端子27との間に第4のFETスイッチ4を、前記第2の受信端子23と前記内部送受信アンテナ端子24との間に第5のFETスイッチ5を、前記外部アンテナ端子27と前記送受信端子28との間に第6のFETスイッチ6を、前記内部送受信アンテナ端子24と前記送受信端子28との間に第7のFETスイッチ7を、前記外部アンテナ端子27と前記第2の外部接続端子26との間に第8のFETスイッチ8を、前記内部受信アンテナ端子21と前記第1の外部接続端子22との間に第9のFETスイッチ9を、それぞれ設け、
前記第1〜第9のFETスイッチ1〜9のうち、前記第5と前記第6と前記第9のFETスイッチ5,6,9のみが導通となる第1の状態、前記第1と前記第5と前記第6のFETスイッチ1,5,6のみが導通となる第2の状態、前記第4と前記第7と前記第9のFETスイッチ4,7,9のみが導通となる第3の状態、前記第2と前記第3と前記第7と前記第9のFETスイッチ2,3,7,9のみが導通となる第4の状態、前記第4と前記第7と前記第8と前記第9のFETスイッチ4,7,8,9のみが導通となる第5の状態、前記第1と前記第4と前記第7と前記第8のFETスイッチ1,4,7,8のみが導通となる第6の状態、前記第2と前記第3と前記第7と前記第8のFETスイッチ2,3,7,8のみが導通となる第7の状態、前記第5と前記第6と前記第8のスイッチ5,6,8のみが導通となる第8の状態の、いずれか1つの状態が選択されるようにした、
ことを特徴とする半導体スイッチ回路。 Internal reception antenna terminal 21, first external connection terminal 22 for circuit termination, second reception terminal 23, internal transmission / reception antenna terminal 24, transmission / reception terminal 28, external antenna terminal 27, second external connection terminal for circuit termination 26, the first receiving terminal 25, the eight terminals are arranged so as to be endlessly arranged in the order of the internal receiving antenna terminal 21;
A first FET switch 1 is provided between the internal reception antenna terminal 21 and the first reception terminal 25, and a second FET switch 2 is provided between the internal reception antenna terminal 21 and the second reception terminal 23. A third FET switch 3 between the first receiving terminal 25 and the external antenna terminal 27, and a fourth FET switch 4 between the second receiving terminal 23 and the external antenna terminal 27. A fifth FET switch 5 between the second receiving terminal 23 and the internal transmitting / receiving antenna terminal 24, and a sixth FET switch 6 between the external antenna terminal 27 and the transmitting / receiving terminal 28. A seventh FET switch 7 is provided between the internal transmission / reception antenna terminal 24 and the transmission / reception terminal 28, and an eighth FET switch is provided between the external antenna terminal 27 and the second external connection terminal 26. And the FET switch 9 of the 9 between the internal reception antenna terminal 21 and the first external connection terminal 22, respectively,
Of the first to ninth FET switches 1 to 9, only the fifth, sixth, and ninth FET switches 5, 6, and 9 are in a first state, and the first and first FET switches are conductive. 5 and the sixth FET switch 1, 5, 6 are in a second state where only the fourth FET switch 1, 5, 6 is conductive, and the fourth, seventh, and ninth FET switches 4, 7, 9 are only conductive State, fourth state in which only the second, third, seventh and ninth FET switches 2, 3, 7, 9 are conductive, the fourth, seventh, eighth and A fifth state in which only the ninth FET switches 4, 7, 8, and 9 are conductive, and only the first, fourth, seventh, and eighth FET switches 1, 4, 7, and 8 are conductive. A sixth state in which only the second, the third, the seventh, and the eighth FET switches 2, 3, 7, and 8 become conductive. State, the eighth state where only the switch 5, 6, 8 of the fifth and the sixth and the eighth becomes conductive, any one state is to be selected,
A semiconductor switch circuit.
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