KR101309445B1 - 고주파 스위치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 삽입 손실 특성 및 고조파 특성이 모두 양호한 고주파 스위치를 실현하는 것을 목적으로 한다. 본 발명에 따른 고주파 스위치는, 안테나로 송신 신호가 출력되는 공통 포트와, 송신 신호가 입력되는 송신 포트와, 복수의 상기 송신 포트와 상기 공통 포트 사이에 각각 연결되어, 각 송신 포트와 상기 공통 포트를 도통 또는 차단하는 복수의 스위치부를 갖고, 상기 스위치부는, 실리콘 기판에 형성되어 직렬로 연결된 복수의 MOSFET를 가지며, 상기 복수의 MOSFET는 바디 콘택트형 FET 및 플로팅 바디형 FET 중 어느 하나로서, 각 스위치부는 바디 콘택트형 FET 및 플로팅 바디형 FET를 모두 포함한다.

Description

고주파 스위치{HIGH FREQUENCY SWITCH}
본 발명은, 고주파 스위치에 관한 것으로, 특히 무선통신기기의 프론트 엔드부에 사용되는 고주파 스위치에 관한 것이다.
최근, 휴대전화기 등의 프론트 엔드부에 사용되는 고주파 스위치를 SOI(Silicon On Insulator) 프로세스를 이용한 MOSFET(Metal On Semiconductor Field Effect Transistor)에 의해 실현하는 기술이 개발되고 있다.
일반적으로, SOI 프로세스를 이용한 MOSFET의 바디(웰, 백게이트)는 접지전위에 연결된다(이하, 바디가 접지전위에 연결된 FET를 「바디 콘택트형 FET」라 칭함)(인용문헌 1).
일본특허공표 2005-515657호 공보
그러나, 바디 콘택트형 FET에 의해 고주파 스위치를 구성하면, 양호한 고조파 특성을 얻을 수 있는 대신, 삽입 손실 특성이 열화되어, 장치의 고성능화에 대한 대응이 힘들다는 문제가 있다.
본 발명은 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 공통 포트에 공통으로 연결되는 각 스위치부를 바디 콘택트형 FET와 삽입 손실 특성이 양호한 플로팅 바디형 FET(바디가 개방전위로 된 FET)를 조합하여 구성함으로써, 삽입 손실 특성 및 고조파 특성이 모두 양호한 고주파 스위치를 실현하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 고주파 스위치는, 안테나로 송신 신호가 출력되는 공통 포트와, 상기 송신 신호가 입력되는 송신 포트와, 복수의 상기 송신 포트와 상기 공통 포트 사이에 각각 연결되어, 각 송신 포트로부터 상기 공통 포트로의 상기 송신 신호를 도통 또는 차단하는 복수의 스위치부를 갖고, 상기 스위치부는, 실리콘 기판에 형성되어 직렬로 연결된 복수의 MOSFET를 가지며, 상기 복수의 MOSFET는 바디 콘택트형 FET 및 플로팅 바디형 FET 중 어느 하나로서, 각 스위치부는 바디 콘택트형 FET 및 플로팅 바디형 FET를 모두 포함한다.
즉, 본 발명에 따른 고주파 스위치는, 공통 포트에 공통으로 연결되는 각 스위치부를 바디 콘택트형 FET와 삽입 손실 특성이 양호한 플로팅 바디형 FET를 조합하여 구성한다.
본 발명에 따르면, 고조파 특성 및 삽입 손실 특성이 모두 양호한 고주파 스위치를 실현할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시형태에 따른 고주파 스위치를 나타내는 도면이다.
도 2는, 본 실시형태에 따른 고주파 스위치를 구성하는 MOSFET의 단면 구조를 나타내는 단면도이다.
도 3은, 스위치부를 구성하는 각 MOSFET을 바디 콘택트형 FET로 구성한 종래의 고주파 스위치를 나타내는 도면이다.
도 4는, 스위치부를 구성하는 각 MOSFET을 플로팅 바디형 FET로 구성한 경우의 고주파 스위치를 나타내는 도면이다.
도 5는, 본 실시형태에 따른 고주파 스위치의 특성을 설명하기 위한 설명도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 따른 고주파 스위치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은, 본 발명의 실시형태에 따른 고주파 스위치를 나타내는 도면이다.
고주파 스위치는, 일반적으로, 무선통신기기의 프론트 엔드부에 사용되며, 송수신의 전환, 송신방식의 변경, 및 송신방식의 전환 중 적어도 어느 하나에 따른 포트의 전환을 행하는 기능을 갖는다.
도 1은 본 실시형태에 따른 SPDT 스위치에 의한 고주파 스위치를 나타내는 도면이다. 본 실시형태에 따른 고주파 스위치는, 송신방식의 전환에 따른 포트의 전환을 행하는 송신계 SPDT(Single Pole Double Throw) 스위치에 의한 고주파 스위치일 수 있다. 즉, 예를 들어, GSM 단말에서의 주파수대의 전환(예를 들어, 협대역인 850MHz와 광대역인 1900MHz의 전환)을 행할 수 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 고주파 스위치(1)는, 공통 포트(CX)를 통해 안테나(110)에 공통으로(병렬로) 연결된 제1 스위치부(100A)와 제2 스위치부(100B)를 갖는다.
제1 스위치부(100A)는, 제1 공통 게이트 단자(GATE_TX1)에 입력되는 제어 신호에 따라 도통 또는 차단 중 어느 한 상태가 된다. 제1 스위치부(100A)는, 제1 송신 포트(TX1)에 입력된 제1 송신 신호(예를 들어, 850MHz의 송신 신호)를 공통 포트(CX)를 통해 안테나(110)에 도통 또는 차단한다.
제2 스위치부(100B)는, 제2 공통 게이트 단자(GATE_TX2)에 입력되는 제어 신호에 따라 도통 또는 차단 중 어느 한 상태가 된다. 제2 스위치부(100B)는, 제2 송신 포트(TX2)에 입력된 제2 송신 신호(예를 들어, 1900MHz의 송신 신호)를 공통 포트(CX)를 통해 안테나(110)에 도통 또는 차단한다.
즉, 고주파 스위치(1)는, 제1 스위치부(100A) 또는 제2 스위치부(100B) 중 어느 한쪽이 도통 상태가 되고 다른 한쪽이 차단 상태가 됨으로써, 송신 포트의 전환을 행할 수 있다. 이하, 도통 상태의 스위치부를 온 포트(ON Port)의 스위치부, 차단 상태의 스위치부를 오프 포트(OFF Port)의 스위치부라 칭한다.
제1 스위치부(100A)는, 직렬로 연결된 복수의 MOSFET(TC11~TC13,TF11~TF13)을 포함한다. 제1 스위치부(100A)를 구성하는 MOSFET의 수는, 고주파 스위치(1)에 요구되는 내압에 의해 적당히 변경 가능하다. 여기서, MOSFET(TC11~TC13,TF11~TF13)은 각각 소스 단자와 드레인 단자를 가지는데, 이들 단자는 MOSFET의 구조상 구별되지 않는다. 그러므로, 본 명세서에서, MOSFET가 「직렬로 연결」이란, 한 MOSFET의 소스 단자 또는 드레인 단자 중 어느 하나와 다른 MOSFET의 소스 단자 또는 드레인 단자 중 어느 하나가 연결된 상태를 말한다. 또한, 각 MOSFET(TC11~TC13,TF11~TF13)는 n형의 MOSFET으로서 설명한다.
도 2는, 본 실시형태에 따른 고주파 스위치를 구성하는 MOSFET의 단면 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2에 도시하는 바와 같이, MOSFET(TC11~TC13,TF11~TF13)은, SOI 기판에 형성될 수 있다. SOI 기판(200)에 형성된 MOSFET(TC11~TC13,TF11~TF13)은, 산화 실리콘(SiO2)으로 이루어진 절연층(210) 상의 실리콘층(220)에 형성된 MOSFET 소자가 그 절연층(210)에 의해 둘러싸인 구조를 가지며, 각 MOSFET(TC11~TC13,TF11~TF13)은 절연층(210)에 의해 전기적으로 분리된다.
제1 스위치부(100A)를 구성하는 MOSFET(TC11~TC13,TF11~TF13) 중, 공통 포트(CX)에 가까운 위치에 연결된 MOSFET(TC11~TC13)은 바디가 각각 바디 저항(Rb11~Rb13)을 통해 접지된다. 즉, MOSFET(TC11~TC13)은 바디 콘택트형 FET이다. 바디 저항(Rb11~Rb13)을 마련하는 것은, 바디영역으로부터의 누설 전력으로 인한 손실을 감소시키기 위함이다.
한편, 제1 스위치부(100A)를 구성하는 MOSFET(TC11~TC13,TF11~TF13) 중, 공통 포트(CX)로부터 먼 위치에 연결되는 MOSFET(TF11~TF13)은 바디에는 어떠한 전압도 인가되지 않아, 개방 전위로 된다. 즉, MOSFET(TF11~TF13)은 플로팅 바디형 FET이다.
또한, 각 MOSFET(TC11~TC13,TF11~TF13)의 게이트 단자와 제1 공통 게이트 단자(GATE_TX1) 사이에는 각각 게이트 저항(Rg11~Rg16)이 마련된다.
제2 스위치부(100B) 역시 제1 스위치부(100A)와 동일한 구조를 갖는다. 따라서, 제1 스위치부(100A)에서 설명한 내용은 생략하거나 간략하게 설명한다.
제2 스위치부(100B)는, 직렬로 연결된 복수의 MOSFET(TC21~TC23,TF21~TF23)을 가지며, 각 MOSFET(TC21~TC23,TF21~TF23)는 SOI 기판(200)에 형성될 수 있다.
제2 스위치부(100B)를 구성하는 MOSFET(TC21~TC23,TF21~TF23) 중, 공통 포트(CX)에 가까운 위치에 연결된 MOSFET(TC21~TC23)은 바디 콘택트형 FET이고, 각 바디가 각각 바디 저항(Rb21~Rb23)을 통해 접지된다. 한편, 공통 포트(CX)로부터 먼 위치에 연결되는 MOSFET(TF11~TF13)은 플로팅 바디형 FET가 된다.
각 MOSFET(TC21~TC23,TF21~TF23)의 게이트 단자와 제2 공통 게이트 단자(GATE_TX2) 사이에는 각각 게이트 저항(Rg21~Rg26)이 마련된다.
본 실시형태에 따른 고주파 스위치(1)의 동작에 대해 설명한다.
제1 스위치부(100A)가 온 포트고 제2 스위치부(100B)가 오프 포트인 경우에 대해 설명한다. 또한, 제1 스위치부(100A)가 오프 포트고 제2 스위치부(100B)가 온 포트인 경우에도 동일하게 고려할 수 있다(이 경우의 설명은 생략한다).
제1 공통 게이트 단자(GATE_TX1)에 하이레벨의 제어 신호가 입력되면, 제1 스위치부(100A)의 모든 MOSFET(TC11~TC13,TF11~TF13)이 도통된다. 이에 따라, 제1 스위치부(100A)는 온 포트가 되어, 제1 송신 포트(TX1)에 입력되는 제1 송신 신호가 공통 포트(CX)를 통해 안테나(110)로 전달된다.
이 때, 제2 공통 게이트 단자(GATE_TX2)에는 로우레벨의 제어 신호가 입력되기 때문에, 제2 스위치부(100B)의 모든 MOSFET(TC21~TC23,TF21~TF23)은 차단 상태가 된다. 이에 따라, 제2 스위치부(100B)는 오프 포트가 되므로, 제2 송신 포트에 신호가 입력되더라도 그 신호가 공통 포트(CX)를 통해 안테나(110)에 전달되지 않는다.
본 실시형태에 따른 고주파 스위치(1)는, 상술한 동작에 의해 송신 포트의 전환을 행할 수 있다.
도 3은, 스위치부를 구성하는 각 MOSFET를 바디 콘택트형 FET로 구성한 종래의 고주파 스위치를 나타내는 도면이다.
도 3에 도시하는 종래의 고주파 스위치는, 송신 특성에 관련하여, 제1 송신 포트(TX1)로부터 공통 포트(CX)에 이르기까지의 고조파 특성은 양호하지만, 삽입 손실 특성이 열화된다. 삽입 손실 특성은, 전력 증폭기의 효율 특성에 직접 영향을 미치므로 추가적인 특성 향상이 요구되는 한편, 도 3에 나타내는 종래의 고주파 스위치로는 장치의 고성능화에 대응하기 위해 요구되는 사양을 만족시키는 것이 비교적 어렵다.
도 4는, 스위치부를 구성하는 각 MOSFET을 플로팅 바디형 FET로 구성한 경우의 고주파 스위치를 나타내는 도면이다.
도 4에 나타내는 고주파 스위치는, 소자 단위로 비교적 양호한 손실 특성을 갖는 플로팅 바디형 FET로 구성되어 있다. 따라서, 송신 특성에 관련하여, 제1 송신 포트(TX1)로부터 공통 포트(CX)에 이르기까지의 삽입 손실 특성은 양호하다. 그러나, 플로팅 바디형 FET로 구성된 고주파 스위치에서는 고조파 특성이 열화된다.
즉, 제1 스위치부(100A)를 통해 공통 포트로 출력되는 제1 송신 신호(VTX1)는, 제1 스위치부(100A)와 함께 공통 포트(CX)에 연결된 제2 스위치부(100B)에도 인가된다. 이 때, 온 포트인 제1 스위치부(100A)를 통해 공통 포트(CX)로 출력된 제1 송신 신호(VTX1)는, 오프 포트인 제2 스위치부(100A)를 구성하는 MOSFET(TF21~TF26)의 특성(트랜지스터의 오프시의 특성)에 의해 영향을 받는다. 그리고, 오프 포트측의 제2 스위치부가 플로팅 바디형 FET로 구성된 경우에는, 오프 포트측의 제2 스위치부가 공통 포트에 출력된 제1 송신 신호의 고조파 특성에 미치는 영향이 비교적 커지므로, 고주파 스위치(1)의 고조파 특성이 열화된다.
또한, 제1 스위치부(100A)가 오프 포트가 될 때에는, 제2 스위치부(100B)가 온 포트가 될 수 있으므로, 양 스위치부의 구성은 통상 동일하게 할 필요가 있다.
도 5는, 본 실시형태에 따른 고주파 스위치의 특성을 설명하기 위한 설명도이다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 고주파 스위치(1)는, 제1 스위치부(100A)와 제2 스위치부(100B)를 가지며, 각 스위치부(100A, 100B)를 구성하는 MOSFET 중 공통 포트(CX)에 가까운 위치에 연결된 절반(즉, MOSFET(TC11~TC13,TC21~TC23))을 바디 콘택트형 FET로 구성하고, 나머지 절반(즉, MOSFET(TF11~TF13,TF21~Tf23))을 플로팅 바디형 FET로 구성한다.
각 스위치부(100A, 100B)를 구성하는 복수의 MOSFET에는, 기생 용량 성분과 기생 저항 성분이 존재하기 때문에, 각 MOSFET에 인가되는 전압은 등분배되지는 않는다. 즉, 각 스위치부(100A, 100B)에서, 직렬로 연결된 MOSFET 중 공통 포트(CX)에 가깝게 연결된 MOSFET(즉, MOSFET(TC11~TC13,TC21~TC23))에 인가되는 전압이 비교적 커진다.
이에 따라, 오프 포트인 제2 스위치부(100B)를 구성하는 MOSFET(TC21~TC23,TF21~TF23)이, 공통 포트(CX)로 출력된 제1 송신 신호(VTX1)의 고조파 특성에 미치는 영향은 공통 포트(CX)에 가까운 위치에 연결된 것 쪽이 커진다.
따라서, 각 스위치부(100A,100B)에서, 공통 포트(CX)에 가까운 위치에 바디 콘택트형 FET가 연결됨으로써, 고주파 스위치(1)의 삽입 손실의 열화를 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 각 스위치부(100A,100B)에서, 바디 콘택트형 FET 이외의 FET를 플로팅 바디형 FET로 구성함으로써, 고주파 스위치(1)의 삽입 손실의 열화를 억제하면서 삽입 손실의 향상을 실현할 수 있다.
본 실시형태에 따른 고주파 스위치는 다음의 효과를 갖는다. 즉, 공통 포트에 공통으로 연결되는 각 스위치부를 바디 콘택트형 FET와 삽입 손실 특성이 양호한 플로팅 바디형 FET를 조합하여 구성함으로써, 고조파 특성 및 삽입 손실 특성이 모두 양호한 고주파 스위치를 실현할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 따른 고주파 스위치에 대하여 설명했지만, 본 발명의 실시형태는 상술한 실시형태로 한정되지 않는다. 즉, 본 발명의 실시형태에 따른 고주파 스위치는, 송수신방식의 전환에 따라 포트의 전환을 행하는 송수신계 SP4T(Single Pole 4 Throw) 스위치에 의한 고주파 스위치일 수도 있다. 또한, SPMP(Single Pole Multi Throw) 스위치 및 MPMT(Multi Pole Multi Throw) 스위치일 수도 있다.
또한, 각 스위치부를 구성하는 MOSFET 중 어느 하나를 플로팅 바디형 FET로 구성하면 되며, 바디 콘택트형 FET와 플로팅 바디형 FET의 구성비율 및 이들의 연결 위치는 한정되지 않는다.
또한, 각 스위치부를 구성하는 MOSFET는 n형의 MOSFET로 한정되지 않으며, p형의 MOSFET일 수도 있다.
또한, MOSFET는 SOI 기판에 형성되는 것으로 한정되지 않으며, 보통의 실리콘 기판에 형성되는 것일 수도 있다.
1 : 고주파 스위치 100A, 100B : 스위치부
110 : 안테나

Claims (3)

  1. 안테나로 송신 신호가 출력되는 공통 포트;
    상기 송신 신호가 입력되는 송신 포트; 및
    복수의 상기 송신 포트와 상기 공통 포트 사이에 각각 연결되어, 각 송신 포트로부터 상기 공통 포트로의 상기 송신 신호를 도통 또는 차단하는 복수의 스위치부; 를 갖고,
    상기 스위치부는, 실리콘 기판에 형성되어 직렬로 연결된 복수의 MOSFET를 포함하며, 상기 복수의 MOSFET는 바디 콘택트형 FET 및 플로팅 바디형 FET 중 어느 하나이고, 각 스위치부는 바디 콘택트형 FET 및 플로팅 바디형 FET를 모두 포함하며, 상기 바디 콘택트형 FET는 바디저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 스위치.
  2. 제1항에 있어서,
    각 스위치부에서, 상기 바디 콘택트형 FET는 상기 플로팅 바디형 FET보다 상기 공통 포트에 가까운 위치에 연결된 것을 특징으로 하는 고주파 스위치.
  3. 제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실리콘 기판은 SOI 기판인 것을 특징으로 하는 고주파 스위치.
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