JP5366911B2 - 高周波用スイッチ回路 - Google Patents

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Description

本発明は、高周波用スイッチ回路に関し、特に、携帯電話機等の小型、軽量、低消費電力の移動体通信機に設けられる高周波用スイッチ回路に関する。
携帯電話機等の移動体通信機には、アンテナの送信および受信の切り替え等、高周波信号の伝達経路を切り替えるために、高周波用スイッチ回路が用いられる。このような高周波用スイッチ回路においては、携帯電話機等における小型、軽量、低消費電力の要求から小型かつ低消費電力のスイッチ回路が要求されている。特に、最近は1mmオーダの集積回路にこのような高周波用スイッチ回路を実装することが要請されている。このように小さい集積回路に高周波用スイッチ回路を実装するためには、端子数が少ない方が好ましいため、別途電源端子を設けることなく動作するような高周波用スイッチ回路が開発されている。例えば、複数の信号端子間の切り替えを制御する高周波用スイッチ回路の制御端子に印加される制御電圧を電源としてスイッチ回路自体を動作させる構成が知られている(例えば特許文献1,2参照)。
図7は従来の高周波用スイッチ回路の概略構成を示す回路図である。図7に示すスイッチ回路は、特許文献1によって開示されるスイッチ回路であり、共通信号端子T3と第1信号端子T1との接続を制御する第1制御端子CT1の第1制御電圧および/または共通信号端子T3と第2信号端子T2との接続を制御する第2制御端子CT2の第2制御電圧を用いて第1信号端子T1および第2信号端子T2のうち共通信号端子T3と接続される信号端子T1,T2を切り替える単極双投(SPDT: single pole dual throw)スイッチ回路として構成されている。より具体的には、図7に示すスイッチ回路は、第1および第2信号端子T1,T2間に直列に接続された第1および第2電界効果トランジスタ(FET)101,102のそれぞれのゲートが、それぞれ第1および第2抵抗素子103,104を介して第1および第2制御端子CT1,CT2に接続され、第1および第2制御端子CT1,CT2間にアノードを共通接続として第1および第2ダイオード105,106が直列に接続され、第1および第2ダイオード105,106のアノードの共通接続点と第1および第2FET101,102の共通接続点とが第3抵抗107を介して接続されている。
図7に示すようなスイッチ回路においては、第1および第2FET101,102として、高周波特性および低消費電力に優れているGaAsを用いたMESFET(Metal-Semiconductor Field Effect Transistor)が採用されている。MESFETは、ゲート端子としてショットキー接合性の金属を用い、当該金属と半導体とでFETが形成されているため、ゲート−ソース間にダイオード特性を有している。これにより、例えば第1制御端子CT1に第1FET101の閾値を超える正電圧(例えば3V)の第1制御電圧を印加し、第2制御端子CT2に0Vの第2制御電圧を印加すると、第1FET101がオンし、第2FET102がオフして、第1制御電圧による電流が第1FET101のゲート端子およびソース端子、第3抵抗107および第2ダイオード106を経て第2制御端子CT2に電流が流れることによる電圧降下が生じる。第2制御端子CT2に正電圧の第2制御電圧を印加し、第1制御端子CT1に0Vの第1制御電圧を印加した場合も同様であり、第1および第2制御端子CT1,CT2に印加する電圧を切り替えることにより、共通信号端子T3と接続する信号端子T1,T2を切り替えることができる。
特許第3539106号公報 特開2007−184981号公報
ところで、近年、高周波用スイッチ回路に用いられるFETとして採用されることが期待されているものとして、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)がある。抵抗値が低いシリコン基板上に形成される従来のMOSFETでは高周波用スイッチ回路には適さなかったが、SOS(silicon on sapphire)やSOI(silicon on insulator)に代表されるような、絶縁性に優れる基板材料と微細化に優れるシリコンプロセスとを組み合せた技術によりGaAsを用いたFETと同等以上の高周波特性を実現することが可能になってきたため、高周波用スイッチ回路に用いることが検討されてきている。
しかしながら、図7に示すような従来の回路構成においては、第1および第2制御端子CT1,CT2のうちの何れか一方の制御電圧により第1および第2FET101,102の何れか一方においてゲート−ソース間に電流を流して電圧降下を起こさせているのに対し、MOSFETは、ゲート−ソース間が絶縁されており、ダイオード特性を有しないため、図7に示すような従来の回路構成において、FETをMOSFETに単に置き換えただけでは、スイッチ動作しない。すなわち、図7に示すような従来の回路構成においては、各制御端子CT1,CT2から見て対応するダイオード105,106の向きが逆方向となるため、制御端子CT1,CT2に印加される制御電圧による電流が流れず、制御電圧以外の電源を用いずに、各FET101,102のソース端子の電圧を定めることができない。
そこで、本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、制御電圧以外の電源を用いることなく低消費電力かつ低コストで高性能に切り替え動作を行うことができる高周波用スイッチ回路を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の一の態様(aspect)における高周波用スイッチ回路は、共通信号端子と第1信号端子との接続を制御する第1制御端子に印加される第1制御電圧および/または前記共通信号端子と第2信号端子との接続を制御する第2制御端子に印加される第2制御電圧を用いて前記第1信号端子および前記第2信号端子のうち前記共通信号端子と接続される信号端子を切り替える高周波用スイッチ回路であって、主端子の一方が前記共通信号端子に接続され、前記主端子の他方が前記第1信号端子に接続され、ゲート端子が前記第1制御端子に接続された第1MOSFET回路と、前記第1MOSFET回路のゲート端子と前記第1制御端子との間に一端が接続され、他端がグランドに接続されることにより、前記第1制御端子からグランドへ向かう方向が順方向となるような少なくとも1つの整流素子を含む第1整流回路と、を有する第1信号部と、主端子の一方が前記共通信号端子に接続され、前記主端子の他方が前記第2信号端子に接続され、ゲート端子が前記第2制御端子に接続された第2MOSFET回路と、前記第2MOSFET回路のゲート端子と前記第2制御端子との間に一端が接続され、他端がグランドに接続されることにより、前記第2制御端子からグランドへ向かう方向が順方向となるような少なくとも1つの整流素子を含む第2整流回路と、を有する第2信号部と、前記第1整流回路の整流素子の少なくとも1つの順方向電流入力端子側と前記第1MOSFET回路の何れかの主端子側とが接続され、かつ、前記第2整流回路の整流素子の少なくとも1つの順方向電流入力端子側と前記第2MOSFET回路の何れかの主端子側とが接続された接続部と、を備えたものである。
上記構成によれば、第1および第2制御端子とグランドとの間に第1および第2整流回路が第1および第2制御端子からグランドへ向かう方向が順方向となるように設けられているため、第1または第2制御端子に第1または第2制御電圧が印加されることにより、第1または第2整流回路により第1または第2制御電圧を適切な電圧に降圧した上で第1または第2制御端子から第1または第2整流回路を経て第1または第2MOSFET回路の主端子の一方へ繋がる経路に電流が流れる。これにより、第1または第2MOSFET回路のゲート−ソース間に電圧降下が生じるため、スイッチ動作を適正に行うことができる。しかも、第1整流回路および第2整流回路で降下される電圧は、整流素子の閾値電圧に応じた電圧となるため、第1制御電圧および第2制御電圧の電圧値が変動しても第1および第2MOSFET回路の主端子に印加される電圧値を一定にすることができ、スイッチ回路をより安定動作させることができる。さらに、第1および第2信号端子と共通信号端子とのオンまたはオフを切り替える素子としてMOSFETを用いることにより、低消費電力かつ高性能なスイッチ回路を低コストで製造することができる。従って、制御電圧以外の電源を用いることなく低消費電力かつ低コストで高性能に切り替え動作を行うことができる。
前記接続部は、前記第1整流回路の整流素子の少なくとも1つの順方向電流入力端子側と前記第2整流回路の整流素子の少なくとも1つの順方向電流入力端子側とが接続される共通接続部と、前記共通接続部と前記共通信号端子との間に設けられた共通抵抗回路と、を備えてもよい。これにより、第1および第2制御端子と第1および第2MOSFET回路の主端子の一方とを接続する配線が共通の配線を用いて構成することができるため、配線長を短くして回路を小型化することができる。
さらに、前記共通抵抗回路は、前記接続部における電圧を分圧する分圧抵抗素子を有していてもよい。これにより、第1および第2制御電圧ならびに/または第1および第2整流回路から出力される電圧の値に拘わらず、第1および第2MOSFET回路の主端子の一方(すなわち、共通信号端子)に印加される電圧を最適に調整することができる。
前記第1整流回路および前記第2整流回路は、それぞれ、直列接続される少なくとも2つの整流素子を含み、前記接続部は、前記第1整流回路の互いに直列接続される2つの整流素子の間と前記第1MOSFET回路の何れかの主端子側とを接続し、かつ、前記第2整流回路の互いに直列接続される2つの整流素子の間と前記第2MOSFET回路の何れかの主端子側とを接続するように構成されていてもよい。これにより、第1および第2制御端子と第1および第2MOSFET回路の何れかの主端子側との間の経路に少なくとも1つの整流素子を設けることができるため、第1および第2制御端子への逆流電流を防止することができ、消費電力をより低減させることができる。
前記接続部は、前記第1整流回路の整流素子の少なくとも1つの順方向電流入力端子側と前記第1MOSFET回路の前記第1信号端子側の主端子とを接続し、かつ、前記第2整流回路の整流素子の少なくとも1つの順方向電流入力端子側と前記第2MOSFET回路の前記第2信号端子側の主端子とを接続するよう構成されていてもよい。これによっても、第1または第2制御端子から第1または第2MOSFET回路の主端子の一方へ第1または第2制御電圧による電圧に基づいて電流を流すことができるため、適正なスイッチ動作を行うことができる。
前記第1MOSFET回路および前記第2MOSFET回路は、それぞれ、MOSFET素子と、当該MOSFET素子の主端子間に設けられ、当該MOSFET素子に電流が流れないときに主端子間の電圧を一定にするための抵抗素子とを有していてもよい。これにより、MOSFET素子がオフしている場合であっても、各MOSFET素子の主端子間の電圧を一定に保持することができる。
前記第2信号部と同じ構成を有し、前記共通信号端子と少なくとも1つのさらなる信号端子との接続を切り替える少なくとも1つのさらなる信号部を備えていてもよい。これにより、共通信号端子との接続を切り替える信号端子を3つ以上に構成した場合(例えばSP3T,SP4T等)においても、制御電圧以外の電源を用いることなく低消費電力かつ低コストで高性能に切り替え動作を行うことができる。
また、本発明の他の態様(aspect)における高周波用スイッチ回路は、共通信号端子と第1信号端子との接続を制御する第1制御端子に印加される第1制御電圧および/または前記共通信号端子と第2信号端子との接続を制御する第2制御端子に印加される第2制御電圧を用いて前記第1信号端子および前記第2信号端子のうち前記共通信号端子と接続される信号端子を切り替える高周波用スイッチ回路であって、主端子の一方が前記共通信号端子に接続され、前記主端子の他方が前記第1信号端子に接続され、ゲート端子が前記第1制御端子に接続された第1MOSFET回路と、主端子の一方が前記共通信号端子に接続され、前記主端子の他方が前記第2信号端子に接続され、ゲート端子が前記第2制御端子に接続された第2MOSFET回路と、前記第1MOSFET回路のゲート端子と前記第1制御端子との間に一端が接続される第1抵抗回路と、前記第2MOSFET回路のゲート端子と前記第2制御端子との間に一端が接続される第2抵抗回路と、前記第1抵抗回路の他端と前記第2抵抗回路の他端とが接続された共通接続部と、前記共通接続部と前記共通信号端子との間に設けられた共通抵抗回路と、を備えている。
上記構成によれば、第1および第2制御端子とグランドとの間に第1および第2抵抗回路が設けられているため、第1または第2制御端子に第1または第2制御電圧が印加されることにより、第1または第2抵抗回路により第1または第2制御電圧を適切な電圧に降圧した上で第1または第2制御端子から第1または第2抵抗回路を経て第1または第2MOSFET回路の主端子の一方へ繋がる経路に電流が流れる。これにより、第1または第2MOSFET回路のゲート−ソース間に電圧降下が生じるため、スイッチ動作を適正に行うことができる。さらに、第1および第2信号端子と共通信号端子とのオンまたはオフを切り替える素子としてMOSFETを用いることにより、低消費電力かつ高性能なスイッチ回路を低コストで製造することができる。従って、制御電圧以外の電源を用いることなく低消費電力かつ低コストで高性能に切り替え動作を行うことができる。
本発明は以上に説明したように構成され、制御電圧以外の電源を用いることなく低消費電力かつ低コストで高性能に切り替え動作を行うことができるという効果を奏する。
図1は本発明の第1実施形態に係る高周波用スイッチ回路の概略構成を示す回路図である。 図2は図1に示すスイッチ回路のより詳しい構成を示す回路図である。 図3は図2に示すスイッチ回路の印加電圧に対する特性を示すグラフである。 図4は本発明の第2実施形態に係る高周波用スイッチ回路の概略構成を示す回路図である。 図5は本発明の第3実施形態に係る高周波用スイッチ回路の概略構成を示す回路図である。 図6は本発明の第4実施形態に係る高周波用スイッチ回路の概略構成を示す回路図である。 図7は従来の高周波用スイッチ回路の概略構成を示す回路図である。
以下に、本発明に係る高周波用スイッチ回路の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一または相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
<第1実施形態>
まず、本発明の第1実施形態における高周波用スイッチ回路について説明する。図1は本発明の第1実施形態に係る高周波用スイッチ回路の概略構成を示す回路図である。図1に示すように、本実施形態におけるスイッチ回路1Aは、共通信号端子T3と第1信号端子T1との接続を制御する第1制御端子CT1の第1制御電圧VC1および/または共通信号端子T3と第2信号端子T2との接続を制御する第2制御端子CT2の第2制御電圧VC2を用いて第1信号端子T1および第2信号端子T2のうち共通信号端子T3と接続される信号端子T1,T2を切り替える高周波用スイッチ回路として構成されている。スイッチ回路1Aは、共通信号端子T3と第1信号端子T1との接続または非接続の切り替えを行う第1信号部S1と、共通信号端子T3と第2信号端子T2との接続または非接続の切り替えを行う第2信号部S2とを備えている。
第1信号部S1には、第1MOSFET回路11が設けられており、主端子の一方(本実施形態においてはソース端子)が共通信号端子T3に接続され、主端子の他方が第1信号端子T1に接続されている。第1信号端子T1と第1MOSFET回路11のドレイン端子との間には、信号の直流成分を遮断する第1容量素子C1が設けられ、共通信号端子T3と第1MOSFET回路11のソース端子との間には、信号の直流成分を遮断する共通容量素子C3が設けられている。第1制御端子CT1は、第1MOSFET回路11のゲート端子に設けられている。
さらに、第1信号部S1には、第1MOSFET回路11のゲート端子と第1制御端子CT1との間に一端が接続され、他端がグランドGNDに接続された第1整流回路12が設けられている。第1整流回路12は、少なくとも1つの整流素子(後述)を有し、第1制御端子CT1からグランドGNDへ向かう方向が順方向となるように構成されている。
同様に、第2信号部S2には、第2MOSFET回路21が設けられており、主端子の一方(本実施形態においてはソース端子)が共通信号端子T3に接続され、主端子の他方が第2信号端子T2に接続されている。第2信号端子T2と第2MOSFET回路21のドレイン端子との間には、信号の直流成分を遮断する第2容量素子C2が設けられ、共通信号端子T3と第2MOSFET回路21のソース端子とは、共通容量素子C3を介して接続されている。第2制御端子CT2は、第2MOSFET回路21のゲート端子に設けられている。
さらに、第2信号部S2には、第2MOSFET回路21のゲート端子と第2制御端子CT2との間に一端が接続され、他端がグランドに接続された第2整流回路22が設けられている。第2整流回路22は、少なくとも1つの整流素子(後述)を有し、第2制御端子CT2からグランドGNDへ向かう方向が順方向となるように構成されている。
本実施形態のスイッチ回路1Aは、接続部3を有しており、第1整流回路12の少なくとも1つの順方向電流入力側と第1MOSFET回路11の何れかの主端子(本実施形態においてはソース端子)側とが接続され、第2整流回路22の少なくとも1つの順方向電流入力側と第2MOSFET回路21の何れかの主端子(本実施形態においてはソース端子)側とが接続されている。
上記構成によれば、第1および第2制御端子CT1,CT2とグランドGNDとの間に第1および第2整流回路12,22が第1および第2制御端子CT1,CT2からグランドGNDへ向かう方向が順方向となるように設けられているため、第1または第2制御端子CT1,CT2に第1または第2制御電圧VC1,VC2が印加されることにより、第1または第2整流回路12,22により第1または第2制御電圧VC1,VC2を適切な電圧に降圧した上で第1または第2制御端子CT1,CT2から第1または第2整流回路12,22を経て第1または第2MOSFET回路11,21のソース端子へ繋がる経路に電流が流れる。これにより、第1または第2MOSFET回路11,21のゲート−ソース間に電圧降下が生じるため、スイッチ動作を適正に行うことができる。しかも、第1整流回路12および第2整流回路22で降下される電圧は、整流素子の閾値電圧に応じた電圧となるため、第1制御電圧VC1および第2制御電圧VC2の電圧値が変動しても第1および第2MOSFET回路11,21の主端子に印加される電圧値を一定にすることができ、スイッチ回路1Aをより安定動作させることができる。さらに、第1および第2信号端子T1,T2と共通信号端子T3とのオンまたはオフを切り替える素子としてMOSFETを用いることにより、低消費電力かつ高性能なスイッチ回路1Aを低コストで製造することができる。従って、制御電圧以外の電源を用いることなく低消費電力かつ低コストで高性能に切り替え動作を行うことができる。
本実施形態の構成についてより詳しく説明する。図2は図1に示すスイッチ回路のより詳しい構成を示す回路図である。図2に示すように、本実施形態において、第1MOSFET回路11は、MOSFET素子13と、第1制御端子CT1とMOSFET素子13のゲート端子との間に設けられた第1抵抗素子14と、MOSFET素子13の主端子間(ソース−ドレイン端子間)に設けられた第2抵抗素子15とを有している。第1抵抗素子14は、MOSFET素子13のゲート端子に印加される電圧が過電圧となるのを保護するために設けられている(例えば、第1抵抗素子14の抵抗値は約10kΩ〜200kΩに設定される)。また、第2抵抗素子15は、MOSFET素子13のオフ時(電流が流れないとき)において主端子間の電圧を一定にするために設けられている。さらに、第2抵抗素子15は、MOSFET素子13のオン時(電流が流れるとき)において抵抗に電流が流れないようにMOSFET素子13のオン抵抗値に対して高い抵抗値を有している(例えば、MOSFET素子13のオン抵抗値が約3kΩ以下である場合に第2抵抗素子15の抵抗値は約10kΩ〜100kΩに設定される)。
第2MOSFET回路21も、第1MOSFET回路11と同様に構成されており、MOSFET素子23、第1抵抗素子24および第2抵抗素子25を有している。
また、第1整流回路12は、第1MOSFET回路11のゲート端子に接続された第1抵抗素子14と第1制御端子CT1との間に一端が接続され、他端がグランドGND(0V)に接続されている。第1整流回路12において、第1制御端子CT1からグランドGNDへ向かう方向が順方向となるように2つの整流素子D11,D12がグランドGNDに直列接続されている。より具体的には、整流素子D11,D12はショットキーダイオードにより構成されている。整流素子D11のカソード端子は、グランドGNDに接続され、整流素子D12のカソード端子は、整流素子D11のアノード端子に接続されている。整流素子D12のアノード端子と第1制御端子CT1との間には、整流素子D11,D12へ印加される電圧を下げることにより整流素子D11,D12を流れる電流を減少させるための第3抵抗素子16が設けられている(例えば、第3抵抗素子16の抵抗値は約1kΩ〜30kΩに設定される)。
第2整流回路22も、第1整流回路12と同様に構成されており、2つの整流素子D21,D22および第3抵抗素子26を有している。
なお、本実施形態における整流素子D11,D12,D21,D22は、ショットキーダイオードにより構成されているが、ダイオード特性を有する限りこれに限られず、例えばショットキーダイオード以外のダイオード素子、バイポーラトランジスタおよびFETの何れであってもよい。
本実施形態において、接続部3は、第1整流回路12の整流素子D11,D12の少なくとも1つの順方向電流入力端子側と第2整流回路22の整流素子D21,D22の少なくとも1つの順方向電流入力端子側とが接続される共通接続部31を有している。本実施形態においては、整流素子D11のアノード端子と整流素子D21のアノード端子とが共通接続部31により接続されている。すなわち、互いに直列接続される整流素子D11および整流素子D12の間と、互いに直列接続される整流素子D21および整流素子D22の間とが共通接続部31により接続されている。共通接続部31には、第4抵抗素子32,33が設けられている。第4抵抗素子32,33は、第1および第2制御電圧VC1,VC2の電圧を当該抵抗により降下させることにより、整流素子D11,D12,D21,D22に印加される電圧を低くしてこれらの整流素子に流れる電流を低減させるものである(例えば、第4抵抗素子32,33の抵抗値は約10kΩ〜200kΩに設定される)。
また、共通接続部31と共通信号端子T3との間には、共通抵抗回路34が設けられている。共通抵抗回路34は、接続部3における電圧を分圧する分圧抵抗素子35,36を有している。分圧抵抗素子35,36は、直列接続され、一方の分圧抵抗素子35が共通接続部31に接続され、他方の分圧抵抗素子36がグランドGNDに接続されている。さらに、共通抵抗回路34は、一端が分圧抵抗素子35と分圧抵抗素子36との間に接続され、他端が第1MOSFET回路11および第2MOSFET回路21の主端子の一方(ソース端子)に接続される第5抵抗素子37を有している。第5抵抗素子37は、共通信号端子T3からの交流信号が接続部3を通じて分圧抵抗素子36に接続されたグランドGNDに流れてしまうのを防止している(例えば、第5抵抗素子37の抵抗値は約10kΩ〜200kΩに設定される)。
ここで、上記構成のスイッチ回路1Aにおける動作例について説明する。本動作例においては第1MOSFET回路11をオンし、第2MOSFET回路21をオフして第1信号端子T1と共通信号端子T3とを接続する場合について説明する。本実施形態において、各整流素子D11,D12,D21,D22は、それぞれ0.6Vの閾値電圧を有している。
まず、第1制御端子CT1にオン信号として3Vの電圧(第1制御電圧VC1=3V)を印加し、第2制御端子CT2にオフ信号として0Vの電圧(第2制御電圧VC2=0V)を印加する。第1制御端子CT1に正電圧の第1制御電圧VC1=3Vが印加されることにより、第3抵抗素子16および整流素子D11,D12を繋ぐ経路に電流が流れ、電位差が発生する。本実施形態においては、整流素子D11の閾値電圧が0.6Vであり、グランドGNDの電圧が0Vであるため、整流素子D11のアノード端子における電圧は、0.6Vとなる。
一方、第2制御端子CT2に印加される第2制御電圧VC2は、0Vであり、直列接続された整流素子D21,D22の閾値電圧1.2Vより低くいため、整流素子D21,D22には、電流は流れず、電位差は発生しない。また、第2MOSFET回路21を構成するMOSFET素子23のゲート端子とソース端子およびドレイン端子とは絶縁されているため、第2制御端子CT2から電流が流れる経路は存在しない。
このように、第1信号部S1の整流素子D11と整流素子D12との間の電圧が0.6Vである一方、共通接続部31を介して接続される第2信号部S2の整流素子D21,D22には電流が流れないため、第2信号部S2の整流素子D21と整流素子D22との間の電圧も0.6Vとなる。
ここで、本実施形態において採用されているスイッチ回路1Aの印加電圧(MOSFET素子13,23のソース端子またはドレイン端子に印加される電圧)に対する特性について説明する。図3は図2に示すスイッチ回路の印加電圧に対する特性を示すグラフである。図3には、印加電圧に対する特性として、MOSFET素子13,23のオフ時における特性を示すアイソレーション特性と、MOSFET素子13,23のオン時における特性を示す挿入損失特性が示されている。
アイソレーション特性は、MOSFET素子13,23がオフしている場合における共通信号端子T3と第1および第2信号端子T1,T2との間の入出力電圧の比を示したものであり、信号の漏れの程度を示すものである。アイソレーションの値は絶対値が大きいほど(図3のグラフにおいては下方であるほど)信号の漏れが少ないことを示し、図3においてはアイソレーション特性として約0.3V〜約0.9Vの範囲が好適な範囲と言える。また、挿入損失特性は、MOSFET素子13,23がオンしている場合における共通信号端子T3と第1および第2信号端子T1,T2との間の入出力電圧の比を示したものであり、信号が失われる程度を示すものである。挿入損失の値は絶対値が小さいほど(図3のグラフにおいては上方であるほど)信号損失が少ないことを示し、図3においては信号損失特性として約0V〜約0.4Vの範囲が好適な範囲と言える。
本実施形態におけるスイッチ回路1Aにおいては、MOSFET素子13,23のドレイン−ソース間は、第2抵抗素子15,25により接続されているため、MOSFET素子13,23がオンしているかオフしているかに拘わらず、各MOSFET素子13,23のドレイン−ソース間は同じ電圧が印加される。従って、MOSFET素子13,23の一方がオンし他方がオフする通常の動作状態を考慮すれば、接続部3を通じてMOSFET素子13,23のソース端子に印加される電圧は、アイソレーション特性および挿入損失特性の両方について好適な範囲である約0.3V〜約0.4Vの範囲とすることが好ましい。ただし、アイソレーション特性と挿入損失特性との間でいずれかを優先する場合には、必ずしもこの範囲とすることはない。例えば、信号損失特性を優先して印加電圧を約0.1V〜約0.4Vの範囲内で設定してもよい。
また、本実施形態においては、いったん第1または第2制御端子CT1,CT2のいずれかにオン信号として3Vの制御電圧が印加された場合、整流素子D11,D12間の電圧および整流素子D21,D22間の電圧は何れも0.6Vの電圧が印加されることとなり、その後、いずれの制御端子CT1,CT2の制御電圧がともに0Vになったとしても、第1および第2制御端子CT1,CT2に電流が流れる経路が存在しないため、整流素子D11,D12間の電圧および整流素子D21,D22間の電圧は0.6Vに保持される。
従って、整流素子D11,D12間の電圧および整流素子D21,D22間の電圧を接続部3において上記アイソレーション特性および挿入損失特性を考慮して所定の電圧に降下させることにより、MOSFET素子13,23のソース端子に印加される電圧を好適な範囲に設定することができる。具体的には、分圧抵抗素子35,36の抵抗値を好適に設定することにより、分圧抵抗素子35,36により整流素子D11,D12間および整流素子D21,D22間の電圧が分圧されて、上記好適な範囲となるような電圧(例えば0.4V)をMOSFET素子13,23のソース端子に印加することができる。
以上のように、MOSFET素子13,23のソース端子に電圧が印加されることにより、第1制御電圧VC1に応じた第1MOSFET回路11のゲート端子電圧(3V)と第1MOSFET回路11のソース端子電圧(0.4V)との間でMOSFET素子13の閾値電圧を超える電位差が生じるため、第1MOSFET回路11がオンし、共通信号端子T3と第1信号端子T1とが接続され、高周波信号が伝達可能となる。一方、第2制御電圧VC2に応じた第2MOSFET回路21のゲート端子電圧(0V)と第2MOSFET回路21のソース端子電圧(0.4V)との間ではMOSFET素子23の閾値電圧を超える電位差が生じないため、第2MOSFET回路21はオフしたままであり、共通信号端子T3と第2信号端子T2とは非接続の状態が保持される。
第1制御端子CT1にオフ信号である0Vを印加し(第1制御電圧VC1を0Vにし)、第2制御端子CT2にオン信号である正電圧(3V)を印加した(第2制御電圧VC2を3Vにした)場合も上記と同様に動作して第2MOSFET回路21がオンし、第1MOSFET回路11がオフする。
以上のように、本実施形態においては、第1整流回路12および第2整流回路22で降下される電圧が整流素子D11,D21の閾値電圧に応じた電圧(グランド電位からクランプした電圧)となるため、第1制御電圧VC1および第2制御電圧VC2の電圧値が変動しても第1および第2MOSFET回路11,21の主端子に印加される電圧値を一定にすることができ、スイッチ回路1Aをより安定動作させることができる。さらに、分圧抵抗素子35,36により整流素子D11,D12間および整流素子D21,D22間の電圧を降下させることができるため、第1および第2制御電圧VC1,VC2および整流素子間の電圧の電圧値に拘わらず、第1および第2MOSFET回路11,21のソース端子(すなわち、共通信号端子T3)に印加される電圧を最適に調整することができる。しかも、分圧抵抗素子35,36の抵抗値を種々選択することにより第1および第2MOSFET回路11,21をきめ細かく設定できるため、第1および第2MOSFET回路11,21のオン時またはオフ時に拘わらず、最適な電圧を第1および第2MOSFET回路11,21に印加することができる。
さらに、整流素子D12,D22を第1および第2制御端子CT1,CT2と接続部3との間に設けることにより、第1および第2制御端子CT1,CT2への逆流電流を防止することができ、消費電力をより低減させることができる。また、各整流回路12,22において整流素子を複数備えることにより、温度による電圧変動を吸収することもできる。
また、整流素子D11のアノード端子と整流素子D21のアノード端子とが共通接続部31により接続されているため、第1および第2制御端子CT1,CT2と第1および第2MOSFET回路11,21の主端子の一方とを接続する配線を共通の配線を用いて配線長を短く構成することができるとともに、分圧抵抗素子35,36を共通とすることができるため、回路を小型化することができる。
なお、本実施形態においては、グランドGNDと共通接続部31との間にそれぞれ接続される整流素子D11,D21が1つである構成について説明しているが、グランドGNDと共通接続部31との間に複数の整流素子が接続されてもよい。すなわち、用いる整流素子とMOSFET素子13,23に要求される特性とに応じてグランド電位からクランプする電圧を設定するのに好適な整流素子を1または複数用いることができる。また、本実施形態においては、共通接続部31と第1および第2制御端子CT1,CT2との間にそれぞれ1つ整流素子D12,D22が設けられる構成について説明したが、共通接続部31と第1および第2制御端子CT1,CT2との間に複数の整流素子を設けてもよいし、整流素子を設けないこととしてもよい。
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態に係る高周波用スイッチ回路について説明する。図4は本発明の第2実施形態に係る高周波用スイッチ回路の概略構成を示す回路図である。本実施形態において第1実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。本実施形態におけるスイッチ回路1Bが第1実施形態と異なる点は、第2信号部S2と同じ構成を有し、共通信号端子T3と少なくとも1つ(本実施形態においては2つ)のさらなる信号端子(第3および第4信号端子T4,T5)との接続を切り替える少なくとも1つのさらなる信号部(第3および第4信号部S4,S5)を備えていることである。
すなわち、第3信号部S4は、主端子の一方が共通信号端子T3に接続され、主端子の他方が第3信号端子T4に接続され、ゲート端子が第3制御端子CT4に接続された第3MOSFET回路41と、第3MOSFET回路41のゲート端子と第3制御端子CT4との間に一端が接続され、他端がグランドGNDに接続されることにより、第3制御端子CT4からグランドGNDへ向かう方向が順方向となるような少なくとも1つ(本実施形態においては2つ)の整流素子を含む第3整流回路42とを有している。また、第4信号部S5は、主端子の一方が共通信号端子T3に接続され、主端子の他方が第4信号端子T5に接続され、ゲート端子が第4制御端子CT5に接続された第4MOSFET回路51と、第4MOSFET回路51のゲート端子と第4制御端子T5との間に一端が接続され、他端がグランドGNDに接続されることにより、第4制御端子T5からグランドGNDへ向かう方向が順方向となるような少なくとも1つ(本実施形態においては2つ)の整流素子を含む第4整流回路52とを有している。また、第3信号端子T4と第3MOSFET回路41のドレイン端子との間には、信号の直流成分を遮断する第3容量素子C4が設けられ、第4信号端子T5と第4MOSFET回路51のドレイン端子との間には、信号の直流成分を遮断する第4容量素子C5が設けられている。
本実施形態の接続部3Bは、信号部が増えたことに合わせて、対応する第4抵抗素子が増えている他は、同じ構成を有している。このように、共通信号端子T3との接続を切り替える信号端子T1,T2,T3,T4を3つ以上に構成した場合(例えばSP3T,SP4T等)においても、制御電圧以外の電源を用いることなく低消費電力かつ低コストで高性能に切り替え動作を行うことができる。
<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態に係る高周波用スイッチ回路について説明する。図5は本発明の第3実施形態に係る高周波用スイッチ回路の概略構成を示す回路図である。本実施形態において第1実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。本実施形態におけるスイッチ回路1Cが第1実施形態と異なる点は、接続部として第1接続部3C1および第2接続部3C2を有し、第1接続部3C1が、第1整流回路12の整流素子の少なくとも1つの順方向電流入力端子側と第1MOSFET回路11の第1信号端子T1側の主端子(本実施形態においてはドレイン端子)とを接続し、かつ、第2接続部3C2が、第2整流回路22の整流素子の少なくとも1つの順方向電流入力端子側と第2MOSFET回路21の第2信号端子T2側の主端子(本実施形態においてはドレイン端子)とを接続するよう構成されていることである。より具体的には、図5に示すように、第1接続部3C1,3C2は、それぞれ第1および第2整流回路12,22の整流素子D11,D21のアノード端子と第1および第2MOSFET回路11,21のドレイン端子との間に設けられた第6抵抗素子38,39を有している。また、スイッチ回路1Cは、一端が第1および第2MOSFET回路11,21のソース端子に接続され、他端がグランドGNDに接続された第7抵抗素子40を有している。
第6抵抗素子38,39は、第1実施形態における第4抵抗素子32,33と同様に、第1および第2制御電圧VC1,VC2の電圧を当該抵抗により降下させることにより、整流素子D11,D12,D21,D22に印加される電圧を低くしてこれらの整流素子に流れる電流を低減させるものである。また、第7抵抗素子40は、第1実施形態における第5抵抗素子37と同様に、共通信号端子T3からの交流信号がグランドGNDに流れてしまうのを防止している。
本実施形態のような構成においても、例えば、第1制御端子CT1にオン信号として正電圧の第1制御電圧VC1=3Vが印加された場合、第1整流回路12の整流素子D11に接続されたグランドGNDの電位から整流素子D11の閾値電圧分だけクランプされた電圧が第6抵抗素子38によって電圧降下して第1MOSFET回路11に印加される。従って、第1または第2制御端子CT1,CT2から第1または第2MOSFET回路11,21の主端子の一方へ第1または第2制御電圧VC1,VC2による電圧に基づいて電流を流すことができるため、適正なスイッチ動作を行うことができる。
<第4実施形態>
次に、本発明の第4実施形態に係る高周波用スイッチ回路について説明する。以上の第1〜第3実施形態においては、信号部に整流回路が設けられ、オン信号である制御電圧が制御端子に印加された場合に、当該制御電圧から整流回路に設けられた少なくとも1つの整流素子によってグランドGNDの電位から当該整流素子の閾値電圧分だけクランプした電圧を取り出すこととしていたが、制御電圧の変動が無視できる場合等、抵抗回路のみでMOSFET素子の主端子に印加する電圧を設定できる場合には、必ずしも整流回路は必要ではない。図6は本発明の第4実施形態に係る高周波用スイッチ回路の概略構成を示す回路図である。本実施形態において第1実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
本実施形態における高周波用スイッチ回路1Dは、第1MOSFET回路11を有する第1信号部S1Dと、第2MOSFET回路21を有する第2信号部S2Dとを備えている。また、スイッチ回路1Dの接続部3Dは、第1実施形態におけるスイッチ回路1Aの接続部3の構成と同様であり、第4抵抗素子32が第1MOSFET回路11のゲート端子と第1制御端子CT1との間に一端が接続される第1抵抗回路として機能し、第4抵抗素子33が第2MOSFET回路21のゲート端子と第2制御端子CT2との間に一端が接続される第2抵抗回路として機能する。
上記構成によれば、第1および第2制御端子CT1,CT2と分圧抵抗素子36に接続されたグランドGNDとの間に第1および第2抵抗回路である第4抵抗素子32,33が設けられているため、第1または第2制御端子CT1,CT2にオン信号である第1または第2制御電圧VC1,VC2が印加されることにより、第4抵抗素子32,33により第1または第2制御電圧VC1,VC2を適切な電圧に降圧した上で第1または第2制御端子CT1,CT2から第4抵抗素子32,33ならびに共通抵抗回路34である分圧抵抗素子35および第5抵抗素子37を経て第1または第2MOSFET回路11,21のソース端子へ繋がる経路に電流が流れる。これにより、第1または第2MOSFET回路11,21のゲート−ソース間に電圧降下が生じるため、スイッチ動作を適正に行うことができる。さらに、第1および第2信号端子T1,T2と共通信号端子T3とのオンまたはオフを切り替える素子としてMOSFETを用いることにより、低消費電力かつ高性能なスイッチ回路を低コストで製造することができる。従って、制御電圧以外の電源を用いることなく低消費電力かつ低コストで高性能に切り替え動作を行うことができる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更、修正が可能である。例えば、複数の上記実施形態における各構成要素を任意に組み合わせることとしてもよい。
本発明は、高周波用スイッチ回路において制御電圧以外の電源を用いることなく低消費電力かつ低コストで高性能に切り替え動作を行うために有用である。
1A,1B,1C,1D スイッチ回路
3,3B,3C1,2C2,3D 接続部
11 第1MOSFET回路
12 第1整流回路
13,23 MOSFET素子
14,24 第1抵抗素子
15,25 第2抵抗素子
16,26 第3抵抗素子
21 第2MOSFET回路
22 第2整流回路
31 共通接続部
32,33 第4抵抗素子
34 共通抵抗回路
35,36 分圧抵抗素子
37 第5抵抗素子
38,39 第6抵抗素子
40 第7抵抗素子
41 第3MOSFET回路
42 第3整流回路
51 第4MOSFET回路
52 第4整流回路
CT1 第1制御端子
CT2 第2制御端子
CT4 第3制御端子
CT5 第4制御端子
D11,D12,D21,D22 整流素子
S1,S1D 第1信号部
S2,S2D 第2信号部
S4 第3信号部
S5 第4信号部
T1 第1信号端子
T2 第2信号端子
T3 共通信号端子
T4 第3信号端子
T5 第4信号端子

Claims (7)

  1. 共通信号端子と第1信号端子との接続を制御する第1制御端子に印加される第1制御電圧および/または前記共通信号端子と第2信号端子との接続を制御する第2制御端子に印加される第2制御電圧を用いて前記第1信号端子および前記第2信号端子のうち前記共通信号端子と接続される信号端子を切り替える高周波用スイッチ回路であって、
    主端子の一方が前記共通信号端子に接続され、前記主端子の他方が前記第1信号端子に接続され、ゲート端子が前記第1制御端子に接続された第1MOSFET回路と、前記第1MOSFET回路のゲート端子と前記第1制御端子との間に一端が接続され、他端がグランドに接続されることにより、前記第1制御端子からグランドへ向かう方向が順方向となるような少なくとも1つの整流素子を含む第1整流回路と、を有する第1信号部と、
    主端子の一方が前記共通信号端子に接続され、前記主端子の他方が前記第2信号端子に接続され、ゲート端子が前記第2制御端子に接続された第2MOSFET回路と、前記第2MOSFET回路のゲート端子と前記第2制御端子との間に一端が接続され、他端がグランドに接続されることにより、前記第2制御端子からグランドへ向かう方向が順方向となるような少なくとも1つの整流素子を含む第2整流回路と、を有する第2信号部と、
    前記第1整流回路の整流素子の少なくとも1つの順方向電流入力端子側と前記第1MOSFET回路の何れかの主端子側とが接続され、かつ、前記第2整流回路の整流素子の少なくとも1つの順方向電流入力端子側と前記第2MOSFET回路の何れかの主端子側とが接続された接続部と、を備えた、高周波用スイッチ回路。
  2. 前記接続部は、前記第1整流回路の整流素子の少なくとも1つの順方向電流入力端子側と前記第2整流回路の整流素子の少なくとも1つの順方向電流入力端子側とが接続された共通接続部と、前記共通接続部と前記共通信号端子との間に設けられた共通抵抗回路と、を備えた、請求項1に記載の高周波用スイッチ回路。
  3. 前記共通抵抗回路は、前記接続部における電圧を分圧する分圧抵抗素子を有している、請求項2に記載の高周波用スイッチ回路。
  4. 前記第1整流回路および前記第2整流回路は、それぞれ、直列接続される少なくとも2つの整流素子を含み、前記接続部は、前記第1整流回路の互いに直列接続される2つの整流素子の間と前記第1MOSFET回路の何れかの主端子側とを接続し、かつ、前記第2整流回路の互いに直列接続される2つの整流素子の間と前記第2MOSFET回路のいずれかの主端子側とを接続するように構成される、請求項1に記載の高周波用スイッチ回路。
  5. 前記接続部は、前記第1整流回路の整流素子の少なくとも1つの順方向電流入力端子側と前記第1MOSFET回路の前記第1信号端子側の主端子とを接続し、かつ、前記第2整流回路の整流素子の少なくとも1つの順方向電流入力端子側と前記第2MOSFET回路の前記第2信号端子側の主端子とを接続するよう構成されている、請求項1に記載の高周波用スイッチ回路。
  6. 前記第1MOSFET回路および前記第2MOSFET回路は、それぞれ、MOSFET素子と、当該MOSFET素子の主端子間に設けられ、当該MOSFET素子に電流が流れないときに主端子間の電圧を一定にするための抵抗素子とを有する、請求項1に記載の高周波用スイッチ回路。
  7. 前記第2信号部と同じ構成を有し、前記共通信号端子と少なくとも1つのさらなる信号端子との接続を切り替える少なくとも1つのさらなる信号部を備えた請求項1に記載の高周波用スイッチ回路
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