JP5559325B2 - 均一電圧分布のためバイアス抵抗器を備えるスイッチ - Google Patents

均一電圧分布のためバイアス抵抗器を備えるスイッチ Download PDF

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Description

[35U.S.C.§119に基づく優先権の主張]
本特許出願は、本願の譲受人へ譲渡され、参照により本願に明示的に援用される、2009年7月30日に出願された米国仮出願第61/230,091号、表題「均一電圧分布のためのバイアス抵抗器(BIAS RESISTORS FOR EVEN VOLTAGE DISTRIBUTION)」への優先権を主張する。
本開示は、一般的にはエレクトロニクスに、より具体的にはスイッチに関する。
無線通信装置の送信器等、様々なエレクトロニクス回路において、スイッチが一般的に使われている。スイッチは、金属酸化膜半導体(MOS)トランジスタ等、様々な種類のトランジスタで実装できる。スイッチは一端子で入力信号を受信し、且つ制御信号を受信する。スイッチは、制御信号によってオンになる場合は入力信号を別の端子まで通過させ、制御信号によってオフになる場合は入力信号を遮断する。スイッチの優れた性能と高い信頼性を得ることが望まれる。
用語「例示的(exemplary)」は、本明細書では「例、事例、または例証である」ことを意味する語として使われている。ここで「例示的」であるとして説明される設計は、必ずしも他の設計より好ましい、または有利であると解釈されるべきものではない。
本明細書では、オフ状態での信頼性を向上させるために、スイッチング性能向上のための接続バルクと均一電圧分布のためのバイアス抵抗器とを備えるスイッチが説明される。これらのスイッチは、無線通信装置、携帯電話機、個人用デジタル補助装置(PDA)、ハンドヘルド装置、無線モデム、ラップトップコンピュータ、コードレス電話機、Bluetooth(登録商標)装置、家電装置等、様々な電子機器に利用できる。より明確にするために、以下において無線通信装置におけるスイッチの使用を説明する。
図1は、無線通信装置のブロック図を示す。 図2は、電力増幅器(PA)モジュールとスイッチプレクサを示す。 図3は、積層MOSトランジスタにより実装されたスイッチを示す。 図4Aは、オン状態にあるMOSトランジスタを示す。 図4Bは、オフ状態にあるMOSトランジスタを示す。 図5は、スイッチング性能を向上させるため接続バルクを備えるスイッチを示す。 図6は、オフ状態にある図5のスイッチ内の種々ノードにおける電圧を示す。 図7は、スイッチング性能向上のための接続バルクと均一電圧分布のためのバイアス抵抗器とを備えるスイッチの例示的設計を示す。 図8は、スイッチング性能向上のための接続バルクと均一電圧分布のためのバイアス抵抗器とを備えるスイッチの例示的設計を示す。 図9は、スイッチを操作するプロセスを示す。
詳細な説明
無線通信装置100の一例示的設計のブロック図を図1に示す。この例示的設計において、無線装置100はデータプロセッサ110とトランシーバ120とを含む。トランシーバ120は、双方向通信をサポートする送信器130と受信器170とを含む。
送信経路において、データプロセッサ110は送信されるデータを処理(例えば符号化および変調)し、出力ベースバンド信号を送信器130へ提供する。送信器130において、アップコンバータ回路140は出力ベースバンド信号を処理(例えば増幅、フィルタおよび周波数アップコンバート)し、アップコンバートされた信号を提供する。アップコンバータ回路140は増幅器、フィルタ、ミキサ等を含むことがある。電力増幅器(PA)モジュール150は所望の出力電力レベルを得るためアップコンバートされた信号を増幅し、出力無線周波数(RF)信号を提供する。出力RF信号はスイッチ/デュプレクサ160を通ってアンテナ162経由で送信される。
受信経路において、アンテナ162は基地局および/または他の送信局によって送信されたRF信号を受信し、受信RF信号を提供する。受信RF信号はスイッチ/デュプレクサ160を通って受信器170へ提供される。受信器170において、フロントエンドモジュール180は受信RF信号を処理(例えば増幅およびフィルタ)し、増幅されたRF信号を提供する。フロントエンドモジュール180は低雑音増幅器(LNA)、フィルタ等を含むことがある。ダウンコンバータ回路190は増幅されたRF信号をさらに処理(例えば周波数ダウンコンバート、フィルタおよび増幅)し、データプロセッサ110へ入力ベースバンド信号を提供する。ダウンコンバータ回路190はミキサ、フィルタ、増幅器等を含むことがある。送信されたデータを復元するため、データプロセッサ110は入力ベースバンド信号をさらに処理(例えばデジタル化、復調および復号化)する。
図1は送信器130および受信器170の一例示的設計を示すものである。送信器130の全部または一部は、および/または受信器170の全部または一部は、1つ以上のアナログ集積回路(IC)、RF IC(RFIC)、ミックスドシグナルIC等に実装できる。
データプロセッサ110は、送信器130および受信器170内の回路およびモジュールに対しコントロールを生成する。これらのコントロールが回路およびモジュールの動作を命令することで所望の性能を得る。データプロセッサ110はまた、無線装置100のため他の機能を、例えば送信または受信されるデータの処理を遂行する。メモリ112は、データプロセッサ110のためのプログラムコードとデータを蓄積する。データプロセッサ110は、1つ以上の特定用途向け集積回路(ASIC)および/または他のICに実装できる。
図2は、図1のPAモジュール150およびスイッチ/デュプレクサ160の一例示的設計のブロック図を示す。図2に示される例示的設計において、スイッチ/デュプレクサ160はデュプレクサ250aおよび250bとスイッチプレクサ260とを含む。図2の残りの回路はPAモジュール150に含まれる。
PAモジュール150において、スイッチ222はノードN1と駆動増幅器(DA)220の入力との間に結合されており、駆動増幅器220の出力はノードN3へ結合されている。入力RF信号はノードN1へ提供される。スイッチ224はノードN1およびN2間に結合されており、スイッチ226はノードN2およびN3間に結合されている。スイッチ228aはノードN3と第1の電力増幅器(PA1)230aの入力との間に結合されており、スイッチ228bはノードN3と第2の電力増幅器(PA2)230bの入力との間に結合されている。整合回路240aは電力増幅器230aの出力とノードN4との間に結合されており、整合回路240bは電力増幅器230bの出力とノードN5との間に結合されている。スイッチ232a、232b、および232cの一端はノードN2へ結合されており、他端はノードN7、N8、およびN6へそれぞれ結合されている。スイッチ242aおよび244aの一端はノードN4へ結合されており、他端はノードN6およびN7へそれぞれ結合されている。スイッチ242bおよび244bの一端はノードN5へ結合されており、他端はノードN8およびN9へそれぞれ結合されている。整合回路240cはスイッチ262bと直列に結合されており、整合回路240cおよびスイッチ262bの組み合わせはノードN7およびN9間に結合されている。
バンド1用デュプレクサ250aの送信ポートはノードN6へ結合されており、受信ポートは受信器(例えば図1のフロントエンドモジュール180)へ結合されており、共通ポートはスイッチ262aを通じてノードN9へ結合されている。バンド2用デュプレクサ250bの送信ポートはノードN8へ結合されており、受信ポートは受信器へ結合されており、共通ポートはスイッチ262cを通じてノードN9へ結合されている。スイッチ262dはノードN9と受信器との間に結合されており、時分割二重(TDD)をサポートするため、例えばグローバル移動通信システム(GSM(登録商標))のため、使用される。アンテナ162はノードN9へ結合されている。
駆動増幅器220は信号増幅を提供するため選択され、さもなくばバイパスされる。各々の電力増幅器230も電力増幅を提供するため選択され、さもなくばバイパスされる。整合回路240aは電力増幅器230aに対し出力インピーダンス整合を提供し、整合回路240bは電力増幅器230bに対し出力インピーダンス整合を提供する。整合回路240aおよび240bは目標入力インピーダンス(例えば4から6オーム)と目標出力インピーダンス(例えば50オーム)を各々提供する。整合回路240cは、両方の電力増幅器230aおよび230bがイネーブルされ、且つスイッチ244aおよび244bが閉じられる場合に、整合回路240aおよび240bに対しインピーダンス整合を提供する。整合回路240a、240b、および240cはまた、調波周波数で不要な信号成分を減衰させるためフィルタリングを提供する。
PAモジュール150は数通りの動作モードをサポートする。各動作モードには、ノードN1からゼロ個または1個以上の増幅器を経由しノードN9へ至る異なる信号経路が対応付けられる。常に1つの動作モードが選択される。選択された動作モードの信号経路は、送信器150においてスイッチを適切に制御することによって得られる。例えば、高電力モードには、ノードN1からスイッチ222、駆動増幅器220、スイッチ228aおよび228b、電力増幅器230aおよび230b、整合回路240aおよび240b、スイッチ244aおよび244b、整合回路240c、およびスイッチ262bを通ってアンテナ162へ至る信号経路が対応付けられる。中電力モードには、ノードN1からスイッチ222、駆動増幅器220、スイッチ228a、電力増幅器230a、整合回路240a、スイッチ244a、整合回路240c、およびスイッチ262bを通ってアンテナ162へ至る信号経路が対応付けられる。低電力モードには、ノードN1からスイッチ222、駆動増幅器220、スイッチ226および232a、整合回路240c、およびスイッチ262bを通ってアンテナ162へ至る信号経路が対応付けられる。超低電力モードには、ノードN1からスイッチ224および232a、整合回路240c、およびスイッチ262bを通ってアンテナ162へ至る信号経路が対応付けられる。他の動作モードをサポートすることもできる。
図2に示される例示的設計において、スイッチはRF信号を送るために使用され、複数の動作モードをサポートできる。これらのスイッチは、MOSトランジスタ、別種のトランジスタ、および/または他の回路部品により、実装できる。より明確にするために、以下においてMOSトランジスタで実装されたスイッチを説明する。スイッチはまた、様々なIC加工技術により製造できる。例えばスイッチはシリコン・オン・インシュレータ(SOI)で製造できる。SOIは、酸化シリコンやガラス等の絶縁体の上に薄いシリコン層を形成するICプロセスである。その後、この薄いシリコン層の上にスイッチのためのMOSトランジスタを作ることができる。SOIプロセスによりスイッチの寄生容量を減らし、スイッチを高速に動作させることができる。
図3は、積層N型MOS(NMOS)トランジスタにより実装されたスイッチ300の概略図を示す。スイッチ300の中ではK個のNMOSトランジスタ310aから310kがスタック構成(または直列)で結合されており、Kは1より大きい任意の整数でよい。(最後のNMOSトランジスタ310kを除く)各NMOSトランジスタ310のドレインは後続のNMOSトランジスタのソースへ結合されている。最初のNMOSトランジスタ310aのソースは入力RF信号(VIN)を受け取り、最後のNMOSトランジスタ310kのドレインは出力RF信号(VOUT)を提供する。各NMOSトランジスタ310は対称構造で実装でき、各NMOSトランジスタのソースおよびドレインは入れ替えることができる。
K個のソースバイアス抵抗器320aから320kの一端はノードAへ結合されており、他端はNMOSトランジスタ310aから310kのゲートへそれぞれ結合されている。抵抗器320aから320kは同じ抵抗値(resistor value)を有し、この抵抗値は比較的大きく、例えば1キロオーム(kΩ)を上回る。NMOSトランジスタ310をオンまたはオフにするため、ノードAには制御信号(VCONTROL)が印加される。
図3は、NMOSトランジスタにより実装されたスイッチを示すものである。スイッチは、P型MOS(PMOS)トランジスタにより、または別種のトランジスタにより、実装することもできる。より簡潔にするために、これ以降はNMOSトランジスタで実装されたスイッチを説明する。ここで説明される技法は、NMOSトランジスタ、PMOSトランジスタ、および/または別種のトランジスタで実装されたスイッチに応用できる。
理想的には、スイッチ300内の各NMOSトランジスタ310はオンのときにVIN信号を通し、オフのときにVIN信号を遮断する。ただし実際には、各NMOSトランジスタ310は有限オフインピーダンスを有する。また、各NMOSトランジスタ310は、図3に示されるように、寄生ゲート−ソース容量(CGS)と、寄生ゲート−ドレイン容量(CGD)と、寄生ドレイン−ソース容量(CDS)とを有する。これらの寄生容量は、オフ状態ばかりでなくオン状態にあるスイッチ300の動作にも影響を及ぼす。より簡潔にするために、他の寄生容量は無視できるものと仮定する。例えば、ソース−バルク、ソース−基板、ドレイン−バルク、およびドレイン−基板寄生容量は無視できるものと仮定する。あるいはその影響を、例えばSOIプロセスにより、軽減できるものとする。
図4Aは、スイッチ300内でオン状態にあるNMOSトランジスタ310の動作を示す。NMOSトランジスタ310がオンになると、VIN信号の一部はCGSおよびCGDキャパシタを経由しVCONTROL信号源へ至る漏れ経路を通過する。これは低インピーダンスを有する。この信号損失を減らすため、NMOSトランジスタ310のゲートは対応する抵抗器320によりRF浮遊(RF floated)される。NMOSトランジスタ310がオンになると、漏れ経路はCGSおよびCGDキャパシタと抵抗器320を経由しVCONTROL信号源へ至る。抵抗器320の高い抵抗は基本的にRF周波数でNMOSトランジスタ310のゲートを浮遊させ、信号損失を減らす。図3には図示されていないが、VCONTROL信号は追加の抵抗器の一端へ印加されてもよい。この追加抵抗器の他端はノードAへ結合される。この追加抵抗器により信号損失をさらに減らし、スイッチング性能を向上させることができる。
スイッチ300内でオフ状態にあるNMOSトランジスタ310の動作を図4Bに示す。NMOSトランジスタ310がオフになると、VIN信号の一部は、(i)直列に結合されたCGSおよびCGDキャパシタを通る第1の経路と、(ii)第1の経路と平行しCDSキャパシタを通る第2の経路とからなる漏れ経路を通過する。オフ状態における漏れ経路のインピーダンスZOFFは次のように表すことができる。
Figure 0005559325
Figure 0005559325
式中、COFFは寄生キャパシタCDS、CGS、およびCGDによる漏れ経路の全静電容量であり、ωは対象の周波数である。
図5は、スイッチング性能を向上させるため接続バルクを備えるスイッチ500の概略図を示す。スイッチ500は、図3のNMOSトランジスタ310aから310kおよび抵抗器320aから320kと同様に結合された、K個の積層NMOSトランジスタ510aから510kと、K個のソースバイアス抵抗器520aから520kとにより、実装されている。スイッチ500は、一端がノードBへ結合され、他端がNMOSトランジスタ510aから510kのバルクノードへそれぞれ結合された、K個のバルクバイアス抵抗器530aから530kをさらに含む。ノードBにはバルク電圧(VBULK)が印加される。抵抗器530はNMOSトランジスタ510のバルクノードにRF浮遊を提供する。これは、抵抗器520によりNMOSトランジスタ510のゲートをRF浮遊させる場合と同様の利点を提供する。
BULK電圧には、NMOSトランジスタ510のソースにおける直流(DC)電圧より低い電圧を選択する。抵抗器530を通じてNMOSトランジスタ510のバルクノードへVBULK電圧を印加することにより、いくつかの利点が得られる。第1に、VBULK電圧はソース−バルク電圧(VSB)に作用することによりNMOSトランジスタ510のオン/オフ状態を改善する。具体的には、VBULK電圧は、NMOSトランジスタ510がオンのときにNMOSトランジスタ510の閾電圧(VTH)を下げる、および/または、オフのときに閾電圧を上げる。これによりオン/オフ状態は改善する。第2に、VBULK電圧は、NMOSトランジスタ510がオンのときにNMOSトランジスタ510の直線性を改善する。VBULK電圧による負のVSB電圧がNMOSトランジスタ510の非直線性に起因する高調波を減らすことは、コンピュータシミュレーションで明らかとなっている。接続バルクを備える図5のスイッチ500はこのほかにも、図3のバルクコンタクト(またはフローティングバルク)がないスイッチ300を凌ぐ利点を有する。ただし、VBULK電圧はオフ状態にあるNMOSトランジスタ510の信頼性を低下させることがある。
図6は、オフ状態にある図5のスイッチ500内の様々なノードにおけるDC電圧を示す。図6に示される例で、VIN信号はゼロボルト(0V)のDC電圧を有し、VOUT信号も0VのDC電圧を有し、VBULK電圧は−2Vに設定され、VCONTROL信号も−2Vに設定される。NMOSトランジスタ510は低いVCONTROL電圧によってオフになる。一般的に、上述した利点を提供するためには、オフ状態でVBULK電圧はNMOSトランジスタ510のソース電圧より低くしなければならない。
図6に示されるように、バルク抵抗器530へ至るNMOSトランジスタ510のドレインとソースとの間には寄生ダイオード532が存在する。各NMOSトランジスタ510で、一方の寄生ダイオード532の陽極はバルク抵抗器530へ結合され、陰極はNMOSトランジスタのソースへ結合される。他方の寄生ダイオード532の陽極はバルク抵抗器530へ結合され、陰極はNMOSトランジスタのドレインへ結合される。
寄生ダイオード532は、VBULK電圧がNMOSトランジスタ510のソース電圧より低い場合に逆バイアスされる。このときある程度の漏れ電流が寄生ダイオード532の中を流れ、積層NMOSトランジスタ510の中間ノードN1からNK−1は負の電圧に設定される。各中間ノードは、ある1つのNMOSトランジスタのソースと別のNMOSトランジスタのドレインとの間の接続に相当する。バイアス状態とデバイスのサイズによっては、中間ノードはVBULKに近い電位に設定されることがある。
負のVBULK電圧による積層NMOSトランジスタ510の中間ノードにおける負の電圧は、NMOSトランジスタ510の信頼性を低下させることがある。具体的には、最初のNMOSトランジスタ510aと最後のNMOSトランジスタ510kではゼロ以外のドレイン−ソース電圧(VDS)が観測され、残りのNMOSトランジスタ510では約0VのVDS電圧が観測される。最初と最後のNMOSトランジスタ510aおよび510kのバイアス状態は残りのNMOSトランジスタ510のバイアス状態に比べて変わることがある。これはオフ状態のときに不均一な電圧分布/分割を招くことがある。例えば、スイッチ500と第2のスイッチが共通ノードへ結合され、スイッチ500はオフ状態になり、第2のスイッチはオン状態になって共通ノードへ大きいRF信号を送る。スイッチ500の一端子では大きいRF信号が観測され、スイッチ500の他の端子は0V DCとなる。大きいRF信号は、スイッチ500内のK個のNMOSトランジスタ510にわたって均一に分割(divided and split)しなければならない。これにより、各NMOSトランジスタ510のドレインおよびソースにわたって大きいRF信号のごく一部が観測されるようなる。その結果、NMOSトランジスタ510の信頼性は向上する。ただし、末端にある2つのNMOSトランジスタ510aおよび510kのバイアス状態と中間にあるNMOSトランジスタ510のバイアス状態の違いにより、K個のNMOSトランジスタ510aから510kにわたって大きいRF信号が不均一に分割されることがある。RF信号の大部分が観測される各NMOSトランジスタ510では信頼性が低下する。
図7は、オフ状態で信頼性を向上させるため、スイッチング性能向上のための接続バルクと均一電圧分布のためのバイアス抵抗器とを備えるスイッチ700の一例示的設計の概略図を示す。スイッチ700は図2に示されるスイッチのいずれにも使用できる。スイッチ700は、図3のNMOSトランジスタ510aから510k、抵抗器520aから520k、および抵抗器530aから530kと同様に結合された、K個の積層NMOSトランジスタ710aから710kと、K個のソースバイアス抵抗器720aから720kと、K個のバルクバイアス抵抗器730aから730kとにより実装されている。スイッチ700は、K個のNMOSトランジスタ710aから710kにそれぞれ対応するK個のバイアス抵抗器740aから740kをさらに含む。各バイアス抵抗器740は、対応するNMOSトランジスタ710のソースおよびドレイン間に結合されている。
バイアス抵抗器740aから740kは、スイッチ700がオフ状態にあるときに中間ノードN1からNK−1をほぼ同じ電圧(例えばソースDCバイアス電圧)に維持する。各バイアス抵抗器740は、対応するNMOSトランジスタ710のドレインおよびソースでほぼ同じ電圧を維持できるDCバイアス経路を提供できる。これは全K個のNMOSトランジスタ710aから710kに整合バイアス状態をもたらす。整合バイアス状態は類似のソース/ドレインDC電圧状態を有するK個のNMOSトランジスタ710aから710kによって定量化される。K個のNMOSトランジスタ710aから710kの整合バイアス状態はオフ状態で均等の電圧分割をもたらす。
バイアス抵抗器740aから740kはまた、スイッチ700がオフ状態にあるときに漏れ経路の働きをする。図4Bを再び参照すると、バイアス抵抗器740aから740kは、CDSキャパシタを含む第2の経路のほかにCGSおよびCGDキャパシタを含む第1の経路と平行な第3の経路を形成する。バイアス抵抗器740aから740kは同じ抵抗値RBIAS1を有する。この抵抗値はオフ状態で漏れを減らすにあたって十分に大きい値とする。一例示的設計において、RBIAS1には、式(1)に示されるZOFFインピーダンスより少なくとも1桁大きい値を、すなわちRBIAS1≧10・ZOFFを選択できる。別の例示的設計において、RBIAS1には、ZOFFインピーダンス以上の値を、すなわちRBIAS1≧ZOFFを選択できる。別の基準に基づきRBIAS1を選択することもできる。一例示的設計において、RBIAS1は10KΩより大きい。これとは別の抵抗値をバイアス抵抗器740に選ぶこともできる。
MOSトランジスタの直線性を改善するため、MOSトランジスタのソースおよびドレイン間に抵抗器を加えることができる。図7に示される例示的設計では、スイッチ内の全MOSトランジスタにわたって整合バイアス状態を得るため、ゼロ以外のVSB電圧を有する各MOSトランジスタのソースおよびドレイン間にバイアス抵抗器を加えることができる。このバイアス抵抗器は追加的機能を果たす。つまり、MOSトランジスタへバルク電圧が印加されるときにMOSトランジスタの信頼性を向上させる。
図8は、オフ状態で信頼性を向上させるため、スイッチング性能向上のための接続バルクと均一電圧分布のためのバイアス抵抗器とを備えるスイッチ702の一例示的設計の概略図を示す。スイッチ702もまた、図2に示されるスイッチのいずれにも使用できる。スイッチ702は、図3のNMOSトランジスタ510aから510k、抵抗器520aから520k、および抵抗器530aから530kと同様に結合された、K個の積層NMOSトランジスタ710aから710kと、K個のソースバイアス抵抗器720aから720kと、K個のバルクバイアス抵抗器730aから730kとにより実装されている。スイッチ702は、K個の積層NMOSトランジスタ710aから710kにより形成されるK−1個の中間ノードN1からNK−1にそれぞれ対応するK−1個のバイアス抵抗器750aから750jをさらに含む。各バイアス抵抗器750の一端は対応する中間ノードへ結合され、他端は回路アース(circuit ground)(図8に図示)へ、またはスイッチ702へ印加されるVIN信号のDC電圧へ結合される。
バイアス抵抗器750aから750jは、スイッチ702がオフ状態にあるときに中間ノードをほぼ同じ電圧(例えばソースDCバイアス電圧)に維持する。各バイアス抵抗器750は回路アースへ至るDCバイアス経路を提供でき、これが対応する中間ノードの電圧を約0Vに維持する。これは全K個のNMOSトランジスタ710aから710kに整合バイアス状態をもたらし、さらにこの整合バイアス状態がオフ状態で均等の電圧分割をもたらす。
バイアス抵抗器750aから750jはまた、スイッチ702がオンまたはオフ状態にあるときに漏れ経路の働きをする。バイアス抵抗器750aから750jは同じ抵抗値RBIAS2を有する。この抵抗値はオン状態で挿入損失を減らすにあたって十分に大きい値とする。一例示的設計において、RBIAS2は10KΩより大きい。これとは別の抵抗値をバイアス抵抗器750に選ぶこともできる。
図7のバイアス抵抗器740と図8のバイアス抵抗器750は様々なIC加工技術により様々な方法で実装できる。一例示的設計では、高い抵抗率を有するポリシリコンによりバイアス抵抗器を実装できる。この場合はバイアス抵抗器の面積が小さくなり、寄生容量も減る。いずれも望ましいことである。NMOSトランジスタの近くでバイアス抵抗器を実装することもできる。
一例示的設計では、スイッチを実装するため、装置は複数のトランジスタと少なくとも1つの抵抗器とを備える。複数のトランジスタ(例えば図7および8のNMOSトランジスタ710)はスタックに結合され、スタック内の第1のトランジスタには第1の電圧が印加され、トランジスタのバルクノードには第2の電圧が印加される。第2の電圧は第1の電圧より低い。例えば、第1の電圧は0Vであり、第2の電圧は負の電圧であり、スタック内の各トランジスタは負のソース−バルク電圧を有する。第1の電圧はスイッチへ印加される入力RF信号のDC成分である。トランジスタはMOSトランジスタ(例えばNMOSトランジスタ)からなり、または別種のトランジスタからなる。
トランジスタがオフのときにトランジスタの整合バイアス状態を維持するため、スタック内の少なくとも1つの中間ノードには少なくとも1つの抵抗器が結合される。各中間ノードは、スタック内の1トランジスタのソースと別のトランジスタのドレインとの間の接続に相当する。図7に示される一例示的設計において、少なくとも1つの抵抗器(例えば抵抗器740)は、スタック内の各トランジスタにつき1つの抵抗器をなし、各抵抗器は対応するトランジスタのソースおよびドレイン間に結合される。図8に示される別の例示的設計において、各抵抗器(例えば抵抗器750)は各中間ノードと第1の電圧との間に結合される。これらの例示的設計では、トランジスタがオフのときにトランジスタの整合バイアス状態を維持するため、少なくとも1つの抵抗器は、各トランジスタのソースを第1の電圧に維持する、および/または各トランジスタにつきゼロのドレイン−ソース電圧を維持する。面積と寄生容量を減らすため、少なくとも1つの抵抗器は、高い抵抗率を有するポリシリコンや他の何らかの材料により実装される。少なくとも1つの抵抗器は十分に大きい値を、例えばトランジスタがオフのときに各トランジスタのインピーダンスより大きい値を有する。
装置はさらに、複数のトランジスタのための複数のバルクバイアス抵抗器(例えば図7および8の抵抗器730)を、各トランジスタにつき1バルクバイアス抵抗器ずつ備える。各バルクバイアス抵抗器は、対応するトランジスタのバルクノードと第2の電圧との間に結合される。
別の例示的設計では、スイッチを実装するため、集積回路は複数のMOSトランジスタと少なくとも1つの抵抗器とを備える。複数のMOSトランジスタはスタックに結合され、スタック内の第1のMOSトランジスタには第1の電圧が印加され、複数のMOSトランジスタのバルクノードには第2の電圧が印加される。第2の電圧は第1の電圧より低い。MOSトランジスタがオフのときにMOSトランジスタの整合バイアス状態を維持するため、スタック内の少なくとも1つの中間ノードには少なくとも1つの抵抗器が結合される。一例示的設計において、少なくとも1つの抵抗器は、スタック内の各MOSトランジスタにつき1つの抵抗器をなし、各抵抗器は、対応するMOSトランジスタのソースおよびドレイン間に結合される。別の例示的設計において、少なくとも1つの抵抗器の各々は、各中間ノードと第1の電圧との間に結合される。
さらに別の例示的設計において、装置(例えば無線通信装置)はモジュールを備える。このモジュールは、複数の信号経路を実装するため複数のスイッチを備える。モジュールはRF信号を受信し、且つ複数の信号経路のいずれか1つを通じてRF信号を送る。各々のスイッチは、スタックに結合された複数のトランジスタと、少なくとも1つの抵抗器とを備える。複数のトランジスタにおいて、スタック内の第1のトランジスタには第1の電圧が印加され、トランジスタのバルクノードには第2の電圧が印加される。第2の電圧は第1の電圧より低い。トランジスタがオフのときにトランジスタの整合バイアス状態を維持するため、(例えば図7または8に示されるように)スタック内の少なくとも1つの中間ノードには少なくとも1つの抵抗器が結合される。一例示的設計において、モジュールはスイッチプレクサであって、例えば図2のスイッチプレクサ260である。別の例示的設計において、モジュールは、イネーブルされたときにRF信号を増幅する少なくとも1つの電力増幅器をさらに備えるPAモジュールである。モジュールは、複数の信号経路を備える他の何らかのユニットであってもよい。
図9は、スイッチを操作するプロセス900の一例示的設計を示す。スタックに結合された複数のトランジスタの第1のトランジスタには第1の電圧が印加される(ブロック912)。複数のトランジスタのバルクノードには第1の電圧より低い第2の電圧が印加される(ブロック914)。例えばスタック内の少なくとも1つの中間ノードへ結合された少なくとも1つの抵抗器により、複数のトランジスタがオフのときに複数のトランジスタの整合バイアス状態が維持される(ブロック916)。ブロック916の一例示的設計では、各トランジスタのソースおよびドレイン間に結合され各トランジスタのソースを第1の電圧に維持する抵抗器により、トランジスタの整合バイアス状態が維持される。ブロック916の別の例示的設計では、スタック内の各中間ノードと第1の電圧との間に結合され各トランジスタのソースを第1の電圧に維持する抵抗器により、トランジスタの整合バイアス状態が維持される。
ここで説明した、スイッチング性能向上のための接続バルクと均一電圧分布のためのバイアス抵抗器とを備えるスイッチは、IC、アナログIC、RFIC、ミックスドシグナルIC、ASIC、プリント集積回路(PCB)、電子機器等に実装できる。これらのスイッチはまた、相補型金属酸化膜半導体(CMOS)、NMOS、PMOS、バイポーラ接合トランジスタ(BJT)、バイポーラCMOS(BiCMOS)、シリコンゲルマニウム(SiGe)、ガリウムヒ素(GaAs)等、様々なIC加工技術で製造できる。スイッチはSOIスイッチとして実装することもできる。
ここで説明したスイッチを実装する装置は単独のデバイスでよく、あるいはより大きいデバイスの一部であってもよい。デバイスは、(i)単独のIC、(ii)データおよび/または命令を蓄積するメモリICを含む1つ以上のIC一式、(iii)RF受信器(RFR)やRF送受信器(RTR)等のRFIC、(iv)移動局モデム(MSM)等のASIC、(v)他のデバイスの中に組み込まれるモジュール、(vi)受信器、携帯電話機、無線装置、送受話器、またはモバイルユニット、(vii)その他であってよい。
1つまたは複数の例示的設計において、ここで説明した機能はハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせで実装できる。ソフトウェアで実装される場合、機能は、1つ以上の命令またはコードとして、コンピュータ可読媒体で蓄積または伝送できる。コンピュータ可読媒体にはコンピュータ蓄積媒体と通信媒体があり、ある1つの場所から別の場所にコンピュータプログラムを移動するのに役立つ媒体を含む。蓄積媒体は、コンピュータによるアクセスが可能な何らかの入手可能な媒体でよい。限定ではなく例として、かかるコンピュータ可読媒体は、RAM、ROM、EEPROM、CD−ROMまたは他の光学式ディスクストレージ、磁気式ディスクストレージまたは他の磁気式蓄積装置、または所望のプログラムコードを命令またはデータ構造の形で保持または蓄積するため使用でき且つコンピュータによりアクセスできる他の媒体を含む。また、接続は厳密にはコンピュータ可読媒体と呼ばれる。例えば、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、デジタル加入者回線(DSL)、または赤外線、電波、およびマイクロ波等の無線技術を使用し、ウェブサイト、サーバ、または他の遠隔発信元からソフトウェアが送信される場合、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、DSL、または赤外線、電波、およびマイクロ波等の無線技術は、媒体の定義に含まれる。ここで使用されるディスク(diskおよびdisc)は、コンパクトディスク(CD)、レーザディスク、光ディスク、デジタル多用途ディスク(DVD)、フロッピー(登録商標)ディスク、およびブルーレイディスクを含み、ディスク(disk)は通常データを磁気方式で再生し、ディスク(disc)はデータをレーザにより光学方式で再生する。上記の組み合わせもまたコンピュータ可読媒体の範囲に含まれるものとする。
本開示の以上の説明は、当業者が本開示を作成または使用することを可能とするため提供されている。本開示に対する様々な修正は当業者にとって明白であり、本明細書で規定された一般原理は本開示の範囲から逸脱することなく他のバリエーションに応用できる。したがって、本開示は本明細書で説明された例および設計に限定されず、本明細書で開示された原理および新規の特徴に相応の最も広い範囲が認められる。
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[C1]
スタックに結合された複数のトランジスタであって、前記スタック内の第1のトランジスタには第1の電圧が印加され、前記複数のトランジスタのバルクノードには第2の電圧が印加され、前記第2の電圧は前記第1の電圧より低い、複数のトランジスタと、
オフのときに前記複数のトランジスタの整合バイアス状態を維持するため、前記スタック内の少なくとも1つの中間ノードへ結合された少なくとも1つの抵抗器であって、各中間ノードは、前記スタック内の1トランジスタのソースと別のトランジスタのドレインとの間の接続に相当する、少なくとも1つの抵抗器と
を備える、装置。
[C2]
前記少なくとも1つの抵抗器は前記スタック内の各トランジスタにつき1つの抵抗器をなし、各抵抗器は対応するトランジスタの前記ソースおよびドレイン間に結合される、C1に記載の装置。
[C3]
前記少なくとも1つの抵抗器の各々は各中間ノードと前記第1の電圧との間に結合される、C1に記載の装置。
[C4]
前記複数のトランジスタのための複数のバルクバイアス抵抗器を、各トランジスタにつき1バルクバイアス抵抗器ずつさらに備え、各バルクバイアス抵抗器は対応するトランジスタのバルクノードと前記第2の電圧との間に結合される、C1に記載の装置。
[C5]
オフのときに前記複数のトランジスタの整合バイアス状態を維持するため、前記少なくとも1つの抵抗器は前記複数のトランジスタの各々の前記ソースを前記第1の電圧に維持する、C1に記載の装置。
[C6]
オフのときに前記複数のトランジスタの整合バイアス状態を維持するため、前記少なくとも1つの抵抗器は前記複数のトランジスタの各々につきゼロのドレイン−ソース電圧を維持する、C1に記載の装置。
[C7]
前記第1の電圧はゼロボルトであり、第2の電圧は負の電圧であり、前記複数のトランジスタの各々は負のソース−バルク電圧を有する、C1に記載の装置。
[C8]
前記複数のトランジスタは入力無線周波数(RF)信号を受信するスイッチを形成し、前記第1の電圧は前記RF信号の直流(DC)成分によって決定される、C1に記載の装置。
[C9]
前記少なくとも1つの抵抗器はポリシリコンにより実装される、C1に記載の装置。
[C10]
前記少なくとも1つの抵抗器は、オフのときに各トランジスタのインピーダンスより大きい値を有する、C1に記載の装置。
[C11]
前記複数のトランジスタは金属酸化膜半導体(MOS)トランジスタからなる、C1に記載の装置。
[C12]
スタックに結合された複数の金属酸化膜半導体(MOS)トランジスタであって、前記スタック内の第1のMOSトランジスタには第1の電圧が印加され、前記複数のMOSトランジスタのバルクノードには第2の電圧が印加され、前記第2の電圧は前記第1の電圧より低い、複数のMOSトランジスタと、
オフのときに前記複数のMOSトランジスタの整合バイアス状態を維持するため、前記スタック内の少なくとも1つの中間ノードへ結合された少なくとも1つの抵抗器であって、各中間ノードは、前記スタック内の1MOSトランジスタのソースと別のMOSトランジスタのドレインとの間の接続に相当する、少なくとも1つの抵抗器と
を備える、集積回路。
[C13]
前記少なくとも1つの抵抗器は前記スタック内の各MOSトランジスタにつき1つの抵抗器を備え、各抵抗器は対応するMOSトランジスタの前記ソースおよびドレイン間に結合される、C12に記載の集積回路。
[C14]
前記少なくとも1つの抵抗器の各々は各中間ノードと前記第1の電圧との間に結合される、C12に記載の集積回路。
[C15]
前記複数のMOSトランジスタのための複数のバルクバイアス抵抗器を、各MOSトランジスタにつき1バルクバイアス抵抗器ずつさらに備え、各バルクバイアス抵抗器は対応するMOSトランジスタのバルクノードと前記第2の電圧との間に結合される、C12に記載の集積回路。
[C16]
複数の信号経路を実装するため複数のスイッチを備えるモジュールを備え、前記モジュールは無線周波数(RF)信号を受信し、且つ前記複数の信号経路のいずれか1つを通じて前記RF信号を送り、前記複数のスイッチの各々は、
スタックに結合された複数のトランジスタであって、前記スタック内の第1のトランジスタには第1の電圧が印加され、前記複数のトランジスタのバルクノードには第2の電圧が印加され、前記第2の電圧は前記第1の電圧より低い、複数のトランジスタと、
オフのときに前記複数のトランジスタの整合バイアス状態を維持するため、前記スタック内の少なくとも1つの中間ノードへ結合された少なくとも1つの抵抗器と
を備える、装置。
[C17]
前記モジュールはアンテナへ結合されたスイッチプレクサである、C16に記載の装置。
[C18]
前記モジュールは、前記RF信号を増幅する少なくとも1つの電力増幅器をさらに備える電力増幅器(PA)モジュールである、C16に記載の装置。
[C19]
スタックに結合された複数のトランジスタの第1のトランジスタへ第1の電圧を印加することと、
前記第1の電圧より低い第2の電圧を前記複数のトランジスタのバルクノードへ印加することと、
オフのときに前記複数のトランジスタの整合バイアス状態を維持することと
を備える、方法。
[C20]
前記整合バイアス状態を維持することは、各トランジスタの前記ソースおよびドレイン間に結合された抵抗器により、前記複数のトランジスタの各々につきゼロのドレイン−ソース電圧を維持することを備える、C19に記載の方法。
[C21]
前記整合バイアス状態を維持することは、前記スタック内の各中間ノードと前記第1の電圧との間に結合された抵抗器により、前記複数のトランジスタの各々のソースを前記第1の電圧に維持することを備える、C19に記載の方法。
[C22]
スタックに結合された複数のトランジスタの第1のトランジスタへ第1の電圧を印加する手段と、
前記第1の電圧より低い第2の電圧を前記複数のトランジスタのバルクノードへ印加する手段と、
オフのときに前記複数のトランジスタの整合バイアス状態を維持する手段と
を備える、装置。
[C23]
整合バイアス状態を維持する前記手段は、各トランジスタの前記ソースおよびドレイン間に結合された抵抗器により、前記複数のトランジスタの各々につきゼロのドレイン−ソース電圧を維持する手段を備える、C22に記載の装置。
[C24]
整合バイアス状態を維持する前記手段は、オフのときに前記複数のトランジスタの整合バイアス状態を維持するため、前記複数のトランジスタの各々のソースを前記第1の電圧に維持する手段を備える、C22に記載の装置。

Claims (22)

  1. スタックに結合された複数のトランジスタであって、前記スタック内の第1のトランジスタには第1の電圧が印加され、前記複数のトランジスタのバルクノードには第2の電圧がさらに印加され、前記第2の電圧は前記第1の電圧より低い、複数のトランジスタと、
    オフのときに前記複数のトランジスタの整合バイアス状態を維持するため、前記スタック内の少なくとも1つの中間ノードへ結合された少なくとも1つの抵抗器であって、各中間ノードは、前記スタック内の1トランジスタのソースと別のトランジスタのドレインとの間の接続に相当し、前記少なくとも1つの抵抗器の各々は、その一端が関連する中間ノードへ結合され、他端がグランド電圧に結合されている、少なくとも1つの抵抗器と
    を備える、装置であって、前記装置は、
    前記複数のトランジスタのための複数のバルクバイアス抵抗器を、各トランジスタにつき1バルクバイアス抵抗器ずつさらに備え、各バルクバイアス抵抗器は対応するトランジスタのバルクノードと前記第2の電圧との間に結合される、装置
  2. 前記少なくとも1つの抵抗器は前記スタック内の各トランジスタにつき1つの抵抗器をなし、各抵抗器は対応するトランジスタの前記ソースおよびドレイン間に結合される、請求項1に記載の装置。
  3. 前記少なくとも1つの抵抗器の各々は各中間ノードと前記第1の電圧との間に結合される、請求項1に記載の装置。
  4. オフのときに前記複数のトランジスタの整合バイアス状態を維持するため、前記少なくとも1つの抵抗器は前記複数のトランジスタの各々の前記ソースを前記第1の電圧に維持する、請求項1に記載の装置。
  5. オフのときに前記複数のトランジスタの整合バイアス状態を維持するため、前記少なくとも1つの抵抗器は前記複数のトランジスタの各々につきゼロのドレイン−ソース電圧を維持する、請求項1に記載の装置。
  6. 前記第1の電圧はゼロボルトであり、第2の電圧は負の電圧であり、前記複数のトランジスタの各々は負のソース−バルク電圧を有する、請求項1に記載の装置。
  7. 前記複数のトランジスタは入力無線周波数(RF)信号を受信するスイッチを形成し、前記第1の電圧は前記RF信号の直流(DC)成分によって決定される、請求項1に記載の装置。
  8. 前記少なくとも1つの抵抗器はポリシリコンにより実装される、請求項1に記載の装置。
  9. 前記少なくとも1つの抵抗器は、オフのときに各トランジスタのインピーダンスより大きい値を有する、請求項1に記載の装置。
  10. 前記複数のトランジスタは金属酸化膜半導体(MOS)トランジスタからなる、請求項1に記載の装置。
  11. スタックに結合された複数の金属酸化膜半導体(MOS)トランジスタであって、前記スタック内の第1のMOSトランジスタには第1の電圧が印加され、前記複数のMOSトランジスタのバルクノードには第2の電圧がさらに印加され、前記第2の電圧は前記第1の電圧より低い、複数のMOSトランジスタと、
    オフのときに前記複数のMOSトランジスタの整合バイアス状態を維持するため、前記スタック内の少なくとも1つの中間ノードへ結合された少なくとも1つの抵抗器であって、各中間ノードは、前記スタック内の1MOSトランジスタのソースと別のMOSトランジスタのドレインとの間の接続に相当し、前記少なくとも1つの抵抗器の各々は、その一端が関連する中間ノードへ結合され、他端がグランド電圧に結合されている、少なくとも1つの抵抗器と
    を備える、集積回路であって、前記集積回路は、
    前記複数のMOSトランジスタのための複数のバルクバイアス抵抗器を、各MOSトランジスタにつき1バルクバイアス抵抗器ずつさらに備え、各バルクバイアス抵抗器は対応するMOSトランジスタのバルクノードと前記第2の電圧との間に結合される、集積回路
  12. 前記少なくとも1つの抵抗器は前記スタック内の各MOSトランジスタにつき1つの抵抗器を備え、各抵抗器は対応するMOSトランジスタの前記ソースおよびドレイン間に結合される、請求項11に記載の集積回路。
  13. 前記少なくとも1つの抵抗器の各々は各中間ノードと前記第1の電圧との間に結合される、請求項11に記載の集積回路。
  14. 複数の信号経路を実装するため複数のスイッチを備えるモジュールを備える装置であって、前記モジュールは無線周波数(RF)信号を受信し、且つ前記複数の信号経路のいずれか1つを通じて前記RF信号を送り、前記複数のスイッチの各々は、
    スタックに結合された複数のトランジスタであって、前記スタック内の第1のトランジスタには第1の電圧が印加され、前記複数のトランジスタのバルクノードには第2の電圧が印加され、前記第2の電圧は前記第1の電圧より低い、複数のトランジスタと、
    オフのときに前記複数のトランジスタの整合バイアス状態を維持するため、前記スタック内の少なくとも1つの中間ノードへ結合された少なくとも1つの抵抗器であって、各中間ノードは、前記スタック内の1トランジスタのソースと別のトランジスタのドレインとの間の接続に相当し、前記少なくとも1つの抵抗器の各々は、その一端が関連する中間ノードへ結合され、他端がグランド電圧に結合されている、少なくとも1つの抵抗器
    前記複数のトランジスタのための、各トランジスタにつき1バルクバイアス抵抗器ずつの、複数のバルクバイアス抵抗器と、を備え、各バルクバイアス抵抗器は対応するトランジスタのバルクノードと前記第2の電圧との間に結合される、装置。
  15. 前記モジュールはアンテナへ結合されたスイッチプレクサである、請求項14に記載の装置。
  16. 前記モジュールは、前記RF信号を増幅する少なくとも1つの電力増幅器をさらに備える電力増幅器(PA)モジュールである、請求項14に記載の装置。
  17. スタックに結合された複数のトランジスタの第1のトランジスタへ第1の電圧を印加することと、
    前記第1の電圧より低い第2の電圧を前記複数のトランジスタのバルクノードへ印加することと、
    前記スタック内の少なくとも1つの中間ノードへ結合された少なくとも1つの抵抗器を用いて、オフのときに前記複数のトランジスタの整合バイアス状態を維持することであって、各中間ノードは、前記スタック内の1トランジスタのソースと別のトランジスタのドレインとの間の接続に相当し、前記少なくとも1つの抵抗器の各々は、その一端が関連する中間ノードへ結合され、他端がグランド電圧に結合されている、維持すること
    を備える、方法であって、
    ここにおいて、複数のバルクバイアス抵抗器が、各トランジスタにつき1バルクバイアス抵抗器ずつ、前記複数のトランジスタに関連付けられており、各バルクバイアス抵抗器は対応するトランジスタのバルクノードと前記第2の電圧との間に結合される、方法
  18. 前記整合バイアス状態を維持することは、各トランジスタの前記ソースおよびドレイン間に結合された抵抗器により、前記複数のトランジスタの各々につきゼロのドレイン−ソース電圧を維持することを備える、請求項17に記載の方法。
  19. 前記整合バイアス状態を維持することは、前記スタック内の各中間ノードと前記第1の電圧との間に結合された抵抗器により、前記複数のトランジスタの各々のソースを前記第1の電圧に維持することを備える、請求項17に記載の方法。
  20. スタックに結合された複数のトランジスタの第1のトランジスタへ第1の電圧を印加する手段と、
    前記第1の電圧より低い第2の電圧を前記複数のトランジスタのバルクノードへ印加する手段と、
    前記スタック内の少なくとも1つの中間ノードへ結合された少なくとも1つの抵抗器を用いて、オフのときに前記複数のトランジスタの整合バイアス状態を維持する手段であって、各中間ノードは、前記スタック内の1トランジスタのソースと別のトランジスタのドレインとの間の接続に相当し、前記少なくとも1つの抵抗器の各々は、その一端が関連する中間ノードへ結合され、他端がグランド電圧に結合されている、維持する手段
    を備える、装置であって、前記装置は、
    前記複数のトランジスタのための複数のバルクバイアス抵抗器を、各トランジスタにつき1バルクバイアス抵抗器ずつさらに備え、各バルクバイアス抵抗器は対応するトランジスタのバルクノードと前記第2の電圧との間に結合される、装置
  21. 整合バイアス状態を維持する前記手段は、各トランジスタの前記ソースおよびドレイン間に結合された抵抗器により、前記複数のトランジスタの各々につきゼロのドレイン−ソース電圧を維持する手段を備える、請求項20に記載の装置。
  22. 整合バイアス状態を維持する前記手段は、オフのときに前記複数のトランジスタの整合バイアス状態を維持するため、前記複数のトランジスタの各々のソースを前記第1の電圧に維持する手段を備える、請求項20に記載の装置。
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