JPS61146040A - 半導体スイッチ装置 - Google Patents

半導体スイッチ装置

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JPS61146040A
JPS61146040A JP60201907A JP20190785A JPS61146040A JP S61146040 A JPS61146040 A JP S61146040A JP 60201907 A JP60201907 A JP 60201907A JP 20190785 A JP20190785 A JP 20190785A JP S61146040 A JPS61146040 A JP S61146040A
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switching
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    • H04L12/42Loop networks
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 A、産業上の利用分野 本発明は、切換装置に関するもので、特に、データ伝送
装置を通信媒体に接続する切換装置に関するものである
B、従来技術 従来、データ端末装置(DTE)間のデータ交換を容易
にするため、多くの種類の通信システムが使われてきた
。リングまたはループ通信システムも、良く知られた種
類のひとつである。このループ・システムには、種々の
構成のものがあるが、基本的な構成には、リング、すな
わち閉ループの形に形成した伝送媒体が含まれる。伝送
媒体は、同軸ケーブル、銅線、光ファイバ等が用いられ
、通常、建物の中に予め配線されている。伝送媒体にア
クセスするため、複数の集信装置と称する装置が設けら
れる。集信装置は、比較的長さの短い伝送媒体を通じて
、各壁面プラグに接続されている。DTEを各壁面プラ
グに接続することにより、ユーザはリングから情報を取
出したり、リングに情報をのせたりすることができる。
従来技術のリング通信システムについては、資料番号G
A27−2883のrIBM8100情報システム、通
信およびループの説明(IBM8100Informa
tion System、 Com+++unicat
ions and LoopDescription 
)”と題するマニュアルに記載されている。
各集信装置には、1個以上の切換装置が設けである。こ
の切換装置の機能は、取り付けられたDTEをリングに
挿入したり、リングから除去することである。DTEが
挿入される場合は、電気信号がループからDTEに送ら
れる。DTEは信号を、使用し、または伝送媒体上に信
号を再伝送することができる。同様に、DTEが切断さ
れる場合は、ループ上の信号はDTEをバイパスする。
C1発明が解決しようとする問題点 従来、DTEをループへ、またはループから切換えるた
めの主要な装置として、電気機械的リレーが用いられて
いた。リレーは予期した目的に対して良く作動すること
が多いが、リレーにはいくつかの問題点がある。その問
題点は、信頼性がないこと、製造費が高いこと、切換え
が困難なことなどがある。切換えの問題は、長いケーブ
ル長に亘って、遠隔操作で行わなければならないときに
、特に増大する。
したがって1本発明の目的は、伝送媒体にステーション
を結合したり、結合を解いたりするためのさらに効率の
良い切換装置を提供することにある。
D1問題点を解決するための手段 基本的な切換装置は、3個の固体切換素子(好ましくは
FET)からなり、これらの素子のうち2個は直列に接
続され、第3の素子は、直列に接続した素子に並列に接
続されている。制御信号が発生され、切換装置が第1モ
ードすなわちrオン」の状態のときは直列に接続された
素子は導通し、並列に接続された素子は非導通の状態と
なるように装置を活性化する。同様に、切換装置が第2
モード「オフ」の状態のときは、並列に接続された素子
は導通し、直列に接続された素子は非導通の状態となる
。1対の信号変換器が、切換装置を伝送媒体に結合する
本発明の1実施例では、常時閉および常時開の切換装置
を製作するために、Nチャネル・デプリーション・モー
ド(Nd)FET (常時閉)と、Pチャネル・エンハ
ンスメント・モード(Pe)FET (常時開)が用い
られる。
本発明の他の特徴は、1組の常時閉および常時開の切換
装置が1つの基板上に製作され、形成されたモジュール
がDTEを通信媒体に取り付けるのに用いることである
E、実施例 本発明の切換装置は、電気信号を切換える必要のあるい
かなる環境においても使用することができる。この装置
はリング通信システムで信号を切換えるために良く作動
し、かかる環境について説明を行う。しかし、本発明の
範囲はこれに限定されるものでなく、本発明は、他のい
くつかの型式の通信システムにおいても使用することの
できる切換アセンブリを提供するものである。
第1図は、本発明による切換装置の1型式を示す。数字
10で示す切換装置は常時閉のスイッチである。切換装
置10は、固体切換素子T1.T2、およびT3を含む
。固体切換素子は、実質的に丁字形構成に接続されてお
り、素子T2およびT3は、それぞれのソース・リード
により、ノード12に直列に接続されている。同様に、
固体切換素子T1は、直列に接続された素子T2および
T3に並列に接続されている。導体14は、ノード12
をノード16に相互接続する。同様に、導体18はT1
のゲート電極をノード20に相互接続する後述するよう
に、ノード16および20は、切換装置10を切換え、
または制御する制御信号vQAilEが与えられる入力
端子を形成する。T1のドレイン電極はノード22およ
び24にそれぞれ結合している。直列に接続した素子T
2およびT3のゲート電極は共通ノード26に結合し、
共通ノード26はさらに制御ノード20に結合している
。素子T2のドレイン電極はノード28に結合し、T3
のドレイン電極はノード30に結合している。ノード2
2および28は、切換装置10の入力端子を形成し、ノ
ード24および30は、切換装置10の出力端子を形成
する。
本発明の実施例において、切換素子T1、T2、T3と
して使用されるFETの動作特性は良く知られており、
その詳細な説明はここでは述べないが、電気信号を通信
ハイウェイに切換えたり、上記のハイウェイに接続した
端末をバイパスしたりするため、本切換装置を使用可能
にするのに必要なこれらの特性について再述する価値が
ある。
FETは4つの種類に大別される。すなわち、Nチャネ
ル・デプリーション形(Nd) 、Nチャネル・デプリ
ーション形(Ne)、Pチャネル・デプリーション形(
Pd)、およびPチャネル・エンハンスメント形(Pa
)である、Nチャネル・デプリーション形FETは、ゲ
ート・ドレイン端子間がOボルトのときは低インピーダ
ンスを有し、ゲートがドレインに対して負にバイアスさ
れると高インピーダンス状態に切換えられることを特徴
とする。Pチャネル・エンハンスメント形FETは、逆
の動作特性を有する。すなわち、ゲート・ドレイン端子
間がOボルトのときは高インピーダンスで、ゲートがド
レインに対して負になると低インピーダンスになる。説
明のため、ゼロ・バイアスを「正常」または無電力状態
と考えると、Nチャネル・デプリーション形FETは「
常時オン」の素子と考えることができる。同様に、Pチ
ャネル・エンハンスメント形FETを「常時オフ」のF
ETと考えることができる。
再び第1図を参照すると、切換装置10は2種類のFE
Tを使用している。すなわち、Nチャネル・デプリーシ
ョン形(Nd)および、Pチャネル・エンハンスメント
形(Pe)である、Nチャネル・デプリーション形FE
Tは、T2とT3の直列組合わせを形成し、Pチャネル
・エンハンスメント形FETは、並列素子を形成する。
異種のFETを使用することにより、単一制御電圧VQ
ATItは、切換装置10を駆動するため、端子16お
よび20に印加することができる。もちろん、3つの素
子全部に同じ形のFETを使用することもできる。しか
し、これらの素子のゲーティングは多少複雑になる。さ
らに他の種類の固体素子も切換装置10を形成するため
に使用することができる。素子T2とT3は直列である
ため、端子16および20にO電圧が与えられるとAN
Dは導通し、したがって切換装置10は常時閉と見るこ
とができる。しかし、端子16および2oに例えば約−
4vの電圧が印加されると、T2およびT3の状態は変
化して、非導通となる。
、T1は常にT2およびT3と反対の状態にある。
言い換えれば、T2とT3が導通状態であれば、常にT
1は非導通状態となる。同様にT1が導通状態にあれば
、T2とT3は非導通となる。電気信号を入力リングか
ら切換装置1oを経て出力リングに通過させるため、番
号32で示す入力変成器は入力リングを端子22および
28に結合させ。
出力変成器34は端子24および30を出力リングに結
合させる。矢印36は、リング上の信号伝送の方向を示
す。
切換装置10の1作を説明する前に、第2図について簡
単に説明する。第2図は、常時開の切換装置を示す。F
ETの位置が変っているほかは、第2図の構成は第1図
のものと同じである。ここでは第2図が第1図と異なり
、構成を常時開の構成にする特徴のみを説明する。第1
図の部品と同じ部品は、同じ番号に第2図の部品または
装置でであることを示すためにダッシュを付けて示しで
ある。第1図と第2図の装置は、同じ機能のものに共通
の文字を付しである。第2図を参照すると、切換装置1
0′はFET T’ 1、T’ 2およびT’ 3を含
む。これらのFETは実質的にT字型構成になっている
。T′1はNチャネル・デプリーション(Nd)形FE
Tで形成され、T’ 2およびT’ 3はPチャネル・
エンハンスメント(Pe)形FETで形成されている。
Pチャネル・エンハンスメント形FETは直列に接続さ
れ、Nチャネル・デプリーション形FETはPチャネル
・エンハンスメント形FETと並列に接続されている。
この構成では、VQATI=Oボルトの場合はT’ 2
およびT’ 3は開の状態となり、リングの入力側から
出力側へ通過しようとする信号に対して高インピーダン
スの経路を形成する。同時に、Nチャネル・デプリーシ
ョン形FETT’ 1は、低インピーダンスの状態にな
る。ゲートが負の電圧(たとえば−4V)に変わると、
T’ 2およびT’ 3は状態が変って導通状態になる
が、T’  1は高インピーダンスの経路に変わる。
FETに固有のキャパシタンスのため、T’ 2および
T’ 3が開であっても、かなりの量の信号が切換装置
10’ を通過する。しかし、T′ 1に低インピーダ
ンスの経路を与えることにより、ノード12′に現れる
電圧はいずれもT’ 1を経由して低インピーダンスの
経路を横切り、切換装置10’ を通過しない。同様に
、第1図の構成も、切換装置10が「オフ」の状態の場
合のフィードスルーを防止する。
第1図および第2図の切換装置は、「オフ」状態のとき
は、信号の伝送方向において抵抗の極めて低い経路を形
成し、また入力から出力への結合も極めて低いため、デ
ータ通信ネットワークに最適である。
切換装置1oおよび10′の動作特性がすぐれているこ
とは、第5図および第6図に示す等価回路により証明さ
れる。説明のため、等価回路には特定の境界条件を使用
する。ただし、これらの境界条件はある特定の作動状態
に対して与えられるものであり、作動状態が異なれば当
然境界条件も異なってくる。
第5図は、第1図または第2図に示した「閉」の切換装
置のための等価回路である。vsは入力リングに伝播さ
れる信号を発生する信号源を示す。
Rsはラインの特性インピーダンスを示す1本発明の実
施例では、R8は約150オームである。
R2OはT2およびT3の各rオン」インピーダンスを
示す、■Lは切換装置1oを通ってラインに出る出力電
圧をRLは出力リングの負荷インピーダンスを示す6本
発明の実施例では、RL=R8=150オームである。
 Xcsaは、T1が非導通モードの場合、キャパシタ
ンスによるインピーダンスを示す、第1図の特性式は下
記のように表わされる。
XC3Gは(Rso+ 15 QΩ)よりはるかに大き
いと仮定する。この境界条件では、端子16および20
(第1図)にO電圧が印加されるときに切換装置10を
通って伝播する信号は、T2およびT3により形成され
る抵抗の低い経路を通り、T1により形成される高イン
ピーダンスの経路は実質的に開回路となる。
別の云い方をすれば、「閉」状態ではT1は高インピー
ダンス状態にある。T2およびT3は低インピーダンス
状態となる。T2およびT3は変成器に直列に接続され
ている0本発明の1つの応用では、切換装置(第1図)
のrオン」抵抗は約8.8オーム以下であることが必要
である。さらに、「オン」の状態では、挿入損は0.5
db(150オームの約5.9%)未満である必要があ
る。ソースおよび負荷インピーダンスはそれぞ武150
オームと仮定する。T1のオフ・キャパシタンスは、切
換装置を通る信号へのシャントとして作用するので、ソ
ースからゲートへのキャパシタンスが約66pf以下で
あれば、約32MHzまたはそれ以上でのポーリングが
可能である。66pfのFETは容易に製造することが
可能で、特別設計のための境界条件が満たされる。同じ
ようにして、他のシステムに対する境界条件を満たすこ
とができ、各部品の大きさはそれに応じて設計すること
ができる。
第6図は、第1@または第2図に示した「開」の切換装
置のための等価回路を示す、第6図の部品は、前述の第
5図の部品と同じである。、2つの図における同じ部分
を区別するため、第6図のものにはダッシュを付けであ
る。第6@の等価回路を表わす等価式は下記のように示
される。
V’L/V’l l ”:、(150Ω/(150Ω+
X’csa)X R’so/ (R’SO+ X’(H
5G+ 150Ω)(X’csa+ 150 ) >>
 R’s。
x’csa+ 150ΩはR’soより十分に大きいと
仮定する。
開の状態では、第2図のT’lは低インピーダンスの状
態にある。T′2とT’3は高インピーダンス、すなわ
ち「オフ」の状態にある。ここでは、T’2およびT’
3のオフ・キャパシタンスは、第1図の場合と同様に、
変成器と直列に接続されている、この場合、T′1は2
つの変成器をさらに分離するため低インピーダンスのシ
ャントを形成する。入力信号は、T’2のキャパシタン
スによる付加的なソース・インピーダンスを有する。こ
のインピーダンスは、T’lの非常に小さいrオン」抵
抗と共に分圧器として作用する。T′1のところに現わ
れるこの、小さい電圧は、T’3のキャパシタンスが出
力負荷と直列に接続されているため、出力側に通過する
とさらに減衰される。後述のように、T′3は出力変成
器34′が2つのソースを有する場合、T’lが出力を
短絡するのを防止する。
開の状態で所定量の分離を行うため、T2、T3、T’
2、T’3の「オフ」キャパシタンス並びにT1および
T’lの「オン」抵抗は互いに調整される。第7図はこ
の調整のための曲線を゛示す。
この図で、横軸は開キャパシタンスC8Gを、たて軸は
抵抗R8Dを示す。第7図の曲線は60dbの分離を達
成するようにプロットしたものである。
rオン」抵抗が4オーム、「オフ」キャパシタンスが6
.5pfの組合せが適切で、達成可能である。T2.T
3、T’2、T’3と比較して、T1、T’lの幾何学
形状を異なるものにすることにより1分離は強化させる
。これはT1またはT’1により低い「オン」抵抗と、
より高いキャパシタンスを与えることに達成され、T2
、T3およびT’2.T’3はrオン」抵抗従って挿入
損を幾分犠牲にしても、より小さいキャパシタンスを得
るために、より小さいサイズにされる。
第3図は、図示していないDTE (データ端末装置)
をリング通信ネットワークの入力リング・セグメントお
よび出力リング・セグメントに接続するのに適した切換
機構38を示す、DTEはそれぞれ入力ローブおよび出
力ローブに結合されている。データ伝送の方向は矢印で
示すとおりである。入力リング・セグメントは、入力変
成器42のコイル40に接続されている。同様に、出力
リング・セグメントは出力変成器46のコイル44に結
合されている。DTE入力変成器48には、DTEを当
該変成器に結合するコイル50が設けである。同様に、
DTE出力変成器52は、コイル54によりDTEに結
合されている。
番号56で示す切換モジュールは、コイル58〜71に
より各変成器に結合している。この切換モジュールは、
番号72〜78で示す4つの切換装置を含む、切換装置
は実質的に四辺形の構成で形成されている。各切換装置
は、固体素子を含み、そのうち2つは直列に、第3のも
のは直列に組合わせた素子に並列に接続されている0本
発明の実施例では、各切換装置は、NチャネルおよびP
チャネルのFETを組み合わせたものである。切換装置
72および76は同一で、2個のNチャネル・宇プリー
ジョン形(Nd)FETを直列に、1個のPチャネル・
エンハンスメント形(Pe)FETを並列に接続して形
成されている。この構成により切換装置!72および7
6は常時閉の切換装置として作用する。切換装置72お
よび76は、上記の第1図に示した閉の切換装置と同一
である。
同様に、切換装置74および78は、上記の第2図に示
した常時開の切換装置と同様な常時開の切換装置である
さらに第3図を参照すると、各FETのゲート電極はノ
ード80に結合され、ソース電極はノード82に結合さ
れる。ノード80および82により形成される端子に適
当な制御信号(V aAti)を与えることにより、各
切換装置が制御されて、DTEの出力からの信号をその
入力に折り返したり、信号をループにのせたりする。ま
た、適当なVQATI!信号を与えることにより、リン
グ上の信号がDTEをバイパスすることができる。切換
機構38は例えば特開昭59−169018号公報に記
載されたリレーの代りに用いることができる。
さらに第3図を参照すると、本発明の実施例では、切換
装置i72〜78およびバイアス回路84および86は
1つのモジュールにパッケージングされている。このモ
ジュールは、共通基板(図示されていない)を有し、こ
の上に切換装置72〜78が形成されている。バイアス
回路84および86は固体素子により製作され、共通基
板上に配置されている。バイアス回路の機能は、切換装
置が置かれている基板をバイアスすることである。
バイアス回路84は、ダイオードD1およびD2を含ん
でいる。これらのダイオードの極性は反対方向で、それ
ぞれコンデンサC1およびC2を充電するのに用いら九
る。C2およびC1の電荷は、基板をバイアスする電圧
+SUBおよび一8UBを与えるのに用いられる。コイ
ル88は、バイアス回路84をDTE出力変成器52に
結合する。
同様に、バイアス回路86は、極性を反対方向にしたダ
イオードD3およびD4で構成され、コイル90によっ
て、入力変成器42に接続されている。
第4図は、制御信号VQATHを発生させる制御回路を
示す、この回路は、抵抗R1と、これに並列に接続した
コンデンサC1を含む、動作時においては、上記公開公
報にも述べられているように、制御信号V、AT、を与
えるために、約1ミリアンペアのファントム電流が、接
続されたDTEから出力される。この小さい電流により
コンデンサC1が充電され、その電圧が所定値に達する
と、第3図の切換機構38が活動化される。
1仇 動作時には、ファントム・ドライブ回路からの電流がV
、AT、を約4vに設定する。この4■が切換装[17
2および76をr開」状態にし、残りの切換装置78お
よび74を閉の状態にする。この設定の結果、入力リン
グ・セグメント上の信号は入力ローブを経て、矢印の方
向にDTE (図示されていない)へ導かれ、次に出力
ローブを経て出力リング・セグメントに戻される。ファ
ントム電流が遮断されると、VQATI!は0に設定さ
れる。これにより、切換装w74および78は「開」の
状態に、切換装置72および76は「閉」の状態に切換
えられる。この状態で、入力リング・セグメントの信号
は、切換装置72を経由して出力リング・セグメントに
送られる。同様に、接続されたDTEの出力ローブから
の信号は、切換装置76により入力ローブへ折り返され
、接続されたDTEに戻される。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による常時「閉」の切換装置の回路図、
第2図は本発明による常時「開」の切換装置の回路図、
第3図はステーションをリング通信ネットワークに相互
接続するための切換機構を示す回路図、第4図は第3図
の切換機構を駆動する制御信号を発生させる回路の概略
図、第5図は切換装置の閉状態のための等価回路図、第
6@は切換装置の開状態のための等価回路図、第7図は
r’l’J型切換装置に60dbの分離を行うためのF
ETのrオン」抵抗と「オフ」キャパシタンスをプロッ
トした図である。 10・・・・切換装置、12.16.2o、22.24
.26.28.30・・・・ノード、32・・・・入力
変成器、34・・・・出力変成器。 代理人  弁理士  頓  宮  孝  −(外1名) 日G、1 日G、2 FIG、3 人カローブ                 −ワー
フ・・FIG、 5 FIG、 6

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 切換手段と、該切換手段を第1モードまたは第2モード
    で動作させる制御信号を供給する制御手段とを具備し、
    前記第1モードにおいては前記切換手段を通じて第1の
    方向に低抵抗の導電路が、第2の方向に高インピーダン
    スの非導電路が形成され、前記第2モードにおいては前
    記低抵抗の導電路が高インピーダンスの非導電路に変換
    され、高インピーダンスの非導電路が低抵抗の導電路に
    変換されることを特徴とする切換装置。
JP60201907A 1984-12-18 1985-09-13 半導体スイッチ装置 Granted JPS61146040A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US683104 1984-12-18
US06/683,104 US4628307A (en) 1984-12-18 1984-12-18 FET switch for high frequency signals

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS61146040A true JPS61146040A (ja) 1986-07-03
JPH0433179B2 JPH0433179B2 (ja) 1992-06-02

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ID=24742593

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JP60201907A Granted JPS61146040A (ja) 1984-12-18 1985-09-13 半導体スイッチ装置

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