KR101354816B1 - 개선된 바이어싱을 갖는 스위치 - Google Patents

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Abstract

개선된 바이어싱을 가지며 뛰어난 분리 (isolation) 및 신뢰도를 갖는 스위치가 개시된다. 예시적인 설계에서, 스위치 (500) 는 일련의 트랜지스터 (510a-k), 일련의 저항 (520a-k), 및 추가 저항 (530) 으로 구현된다. 일련의 트랜지스터 (510a-k) 는 적층형 구조로 커플링되고, 입력 신호 (VIN) 를 수신하며, 출력 신호 (VOUT) 를 제공한다. 일련의 저항 (520a-k) 은 일련의 트랜지스터 (510a-k) 의 게이트에 커플링된다. 추가 저항 (530) 은 일련의 저항 (520a-k) 에 커플링되고, 일련의 트랜지스터 (510a-k) 를 위한 제어 신호 (VCONTROL) 를 수신한다. 트랜지스터가 턴온될 때, 저항들은 트랜지스터의 기생 커패시턴스를 통한 신호 손실을 감소시킨다. 또한, 트랜지스터가 턴오프될 때, 저항들은 트랜지스터에 대해 입력 신호의 신호 스윙을 거의 동등하게 나누는 것을 도울 수도 있고, 이는 트랜지스터의 신뢰도를 향상시킬 수도 있다. 스위치 (500) 는 스위치플렉서, 전력 증폭기 (PA) 모듈 등으로 사용될 수도 있다.

Description

개선된 바이어싱을 갖는 스위치{SWITCH WITH IMPROVED BIASING}
35 U.S.C §119 하의 우선권 주장
본 특허 출원은 2009 년 7월 28일자로 출원되고 본원의 양수인에 의해 양수되며 참조에 의해 본원에 명시적으로 포함된 발명의 명칭이 "SWITCH BIASING TOPOLOGY"인 미국 가출원 번호 제61/229,246호에 대한 우선권을 주장한다.
기술 분야
본 개시는 일반적으로 전자 기기에 관한 것이고, 보다 상세하게는, 스위치에 관한 것이다.
배경기술
스위치는 무선 통신 장치의 송신기와 같은 다양한 전자 회로에서 흔히 사용된다. 스위치는 금속 산화물 반도체 (MOS) 트랜지스터와 같은 다양한 타입의 트랜지스터로 구현될 수도 있다. 스위치는 소스/드레인 단자에서 입력 신호를 수신하고, 게이트 단자에서 제어 신호를 수신할 수도 있다. 이때, 스위치가 제어 신호에 의해 턴온 (turn on) 되면 스위치는 입력 신호를 드레인/소스 단자로 통과시키고, 스위치가 제어 신호에 의해 턴오프 (turn off) 되면 입력 신호를 차단할 수도 있다. 스위치의 단자들 사이에 기생 커패시턴스가 존재할 수 있는데, 이는 이하 서술되는 바와 같이 스위치의 성능에 나쁜 영향을 끼칠 수도 있다.
도 1은 무선 통신 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 전력 증폭기 (PA) 모듈 및 스위치플렉서 (switchplexer) 를 나타낸다.
도 3a 및 3b는 MOS 트랜지스터로 구현된 스위치를 나타낸다.
도 4는 적층형 (stacked) MOS 트랜지스터로 구현된 스위치를 나타낸다.
도 5 및 6은 개선된 바이어싱을 갖는 스위치의 예시적인 설계들을 나타낸다.
도 7은 신호 스위칭을 수행하는 프로세스를 나타낸다.
본원에서, 단어 "예시적인"은 "예, 예시 또는 예증으로서 역할을 하는 것"을 의미한다. 여기에서 "예시적으로" 설명되는 임의의 설계는, 다른 설계들에 비해 반드시 바람직하거나 유익한 것으로 해석되지는 않는다.
개선된 바이어싱을 가지며 뛰어난 분리 (isolation) 및 신뢰도를 갖는 스위치가 개시된다. 스위치는 무선 통신 장치, 휴대폰, 휴대 정보 단말기 (PDA), 핸드헬드 (handheld) 장치, 랩탑 컴퓨터, 무선 전화, 블루투스 장치, 소비자 전자 장치 등과 같은 다양한 전자 기기에서 사용될 수도 있다. 명확한 설명을 위해, 무선 통신 장치에서의 스위치의 사용에 대해 이하에서 설명한다.
도 1은 무선 통신 장치 (100) 의 예시적인 설계를 나타내는 블록도이다. 이 예시적인 설계에서, 무선 장치 (100) 는 데이터 프로세서 (110) 및 송수신기 (120) 를 포함한다. 송수신기 (120) 는 양방향 통신을 지원하는 송신기 (130) 및 수신기 (170) 를 포함한다.
송신 경로 상에서, 데이터 프로세서 (110) 는 송신될 데이터를 처리 (예를 들어, 부호화 및 변조) 하고, 출력 기저대역 신호를 송신기 (130) 에 제공할 수도 있다. 송신기 (130) 내에서, 업컨버터 회로 (140) 는 출력 기저대역 신호를 처리 (예를 들어, 증폭, 필터링 및 주파수 업컨버팅) 하고, 업컨버팅된 신호를 제공할 수도 있다. 업컨버터 회로 (140) 는 증폭기, 필터, 믹서 등을 포함할 수도 있다. 전력 증폭기 (PA) 모듈 (150) 은 업컨버팅된 신호를 증폭하여 원하는 출력 전력 레벨을 획득하고, 출력 무선주파수 (RF) 신호를 제공할 수도 있으며, 출력 RF 신호는 스위치/듀플렉서 (160) 를 통해 라우팅되고, 안테나 (162) 를 통해 송신될 수도 있다.
수신 경로 상에서, 안테나 (162) 는 기지국 및/또는 다른 송신국에서 송신된 RF 신호를 수신하고, 수신된 RF 신호를 제공할 수도 있으며, 수신된 RF 신호는 스위치/듀플렉서 (160) 를 통해 라우팅되고, 수신기 (170) 에 제공될 수도 있다. 수신기 (170) 내에서, 프론트 엔드 (front end) 모듈 (180) 은 수신된 RF 신호를 처리 (예를 들어, 증폭 및 필터링) 하고, 증폭된 RF 신호를 제공할 수도 있다. 프론트 엔드 모듈 (180) 은 저잡음 증폭기 (LNA), 필터 등을 포함할 수도 있다. 다운컨버터 회로 (190) 는 증폭된 RF를 추가적으로 처리 (예를 들어, 주파수 다운컨버팅, 필터링 및 증폭) 하고, 입력 기저대역 신호를 데이터 프로세서 (110) 에 제공할 수도 있다. 다운컨버터 회로 (190) 는 믹서, 필터, 증폭기 등을 포함할 수도 있다. 데이터 프로세서 (110) 는 입력 기저대역 신호를 추가적으로 처리 (예를 들어, 디지털화, 복조 및 복호화) 하여 송신된 데이터를 복원할 수도 있다.
도 1은 송신기 (130) 및 수신기 (170) 의 예시적인 설계를 나타낸다. 송신기 (130) 의 전부 또는 일부 및/또는 수신기 (170) 의 전부 또는 일부는 하나 이상의 아날로그 IC, RF IC (RFIC), 혼합 신호 IC 등으로 구현될 수도 있다.
데이터 프로세서 (110) 는 송신기 (130) 및 수신기 (170) 내의 회로 및 모듈을 위한 제어 신호를 생성할 수도 있다. 제어 신호는 원하는 성능을 획득하기 위해 회로 및 모듈의 동작을 지시할 수도 있다. 데이터 프로세서 (110) 는 예를 들어, 송신되거나 수신될 데이터를 처리하는 것과 같은, 무선 장치 (100) 를 위한 다른 기능들도 수행할 수 있다. 메모리 (112) 는 데이터 프로세서 (110) 를 위한 프로그램 코드 및 데이터를 저장할 수도 있다. 데이터 프로세서 (110) 는 하나 이상의 주문형 반도체 (ASIC) 및/또는 기타 IC들로 구현될 수도 있다.
도 2는 도 1의 PA 모듈 (150) 및 스위치/듀플렉서 (160) 의 예시적인 설계를 나타내는 블록도이다. 도 2에 도시된 예시적인 설계에서, 스위치/듀플렉서 (160) 는 듀플렉서 (250a 및 250b) 및 스위치플렉서 (switchplexer; 260) 를 포함한다. PA 모듈 (150) 은 도 2에 있는 나머지 회로들을 포함한다.
PA 모듈 (150) 내에서, 스위치 (222) 는 노드 (N1) 와 드라이버 증폭기 (DA; 220) 의 입력 사이에 커플링되고, 드라이버 증폭기 (220) 의 출력은 노드 (N3) 에 커플링된다. 입력 RF 신호는 노드 (N1) 에 제공된다. 스위치 (224) 는 노드 (N1) 와 노드 (N2) 사이에 커플링되고, 스위치 (226) 는 노드 (N2) 와 노드 (N3) 사이에 커플링된다. 스위치 (228a) 는 노드 (N3) 와 제 1 전력 증폭기 (PA1; 230a) 의 입력 사이에 커플링되고, 스위치 (228b) 는 노드 (N3) 와 제 2 전력 증폭기 (PA2; 230b) 의 입력 사이에 커플링된다. 정합 회로 (240a) 는 전력 증폭기 (230a) 의 출력과 노드 (N4) 사이에 커플링되고, 정합 회로 (240b) 는 전력 증폭기 (230b) 의 출력과 노드 (N5) 사이에 커플링된다. 스위치 (232a, 232b 및 232c) 는 노드 (N2) 에 커플링되는 일단, 및 노드 (N7, N8 및 N6) 에 각각 커플링되는 타단을 갖는다. 스위치 (242a 및 244a) 는 노드 (N4) 에 커플링되는 일단, 및 노드 (N6 및 N7) 에 각각 커플링되는 타단을 갖는다. 스위치 (242b 및 244b) 는 노드 (N5) 에 커플링되는 일단, 및 노드 (N8 및 N7) 에 각각 커플링되는 타단을 갖는다. 정합 회로 (240c) 는 스위치 (262b) 와 직렬로 커플링되고, 이 둘의 조합은 노드 (N7) 와 노드 (N9) 사이에 커플링된다.
제 1 대역을 위한 듀플렉서 (250a) 는 노드 (N6) 에 커플링되는 송신 포트, 수신기 (예를 들어, 도 1의 프론트 엔드 모듈 (180)) 에 커플링되는 수신 포트, 및 스위치 (262a) 를 통해 노드 (N9) 에 커플링되는 공통 포트를 갖는다. 제 2 대역을 위한 듀플렉서 (250b) 는 노드 (N8) 에 커플링되는 송신 포트, 수신기에 커플링되는 수신 포트, 및 스위치 (262c) 를 통해 노드 (N9) 에 커플링되는 공통 포트를 갖는다. 스위치 (262d) 는 노드 (N9) 와 수신기 사이에 커플링되고, 예를 들어, GSM (Global System for Mobile Communications; GSM) 을 위한 시분할 듀플렉싱 (duplexing) 을 지원하는데 사용될 수도 있다. 안테나 (162) 는 노드 (N9) 에 커플링된다.
드라이버 증폭기 (220) 는 선택/인에이블되어 신호 증폭을 제공하거나 바이패스될 수도 있다. 각각의 전력 증폭기 (230) 도 선택되어 전력 증폭을 제공하거나 바이패스될 수 있다. 정합 회로 (240a) 는 전력 증폭기 (230a) 에 대해 출력 임피던스 정합을 제공할 수도 있고, 정합 회로 (240b) 는 전력 증폭기 (230b) 에 대해 출력 임피던스 정합을 제공할 수도 있다. 정합 회로 (240a 및 240b) 는 각각 목표 입력 임피던스 (예를 들어, 4 에서 6 Ohm) 및 목표 출력 임피던스 (예를 들어, 50 Ohm) 를 제공할 수도 있다. 정합 회로 (240c) 는 전력 증폭기 (230a 및 230b) 가 인에이블되고 스위치 (244a 및 244b) 가 닫힐 때, 정합 회로 (240a 및 240b) 에 대해 임피던스 정합을 제공할 수도 있다. 정합 회로 (240a, 240b 및 240c) 는 또한 조화 주파수에서 원하지 않는 신호 요소를 감쇠시키는 필터링을 제공할 수도 있다.
PA 모듈 (150) 은 다수의 동작 모드를 지원할 수도 있다. 각각의 동작 모드는 노드 (N1) 에서 0개 이상의 증폭기를 통과하여 노드 (N9) 로 이어지는 다양한 신호 경로와 관련될 수도 있다. 일 동작 모드는 언제든지 선택될 수 있다. 선택된 동작 모드를 위한 신호 경로는 송신기 (150) 내의 스위치들을 적절히 제어함으로써 획득할 수도 있다. 예를 들어, 고전력 모드는 노드 (N1) 에서 스위치 (222), 드라이버 증폭기 (220), 스위치 (228a 및 228b), 전력 증폭기 (230a 및 230b), 정합 회로 (240a 및 240b), 스위치 (244a 및 244b), 정합 회로 (240c) 및 스위치 (262b) 를 통과하여 안테나 (162) 로 이어지는 신호 경로와 관련될 수도 있다. 중간 전력 모드는 노드 (N1) 에서 스위치 (222), 드라이버 증폭기 (220), 스위치 (228a), 전력 증폭기 (230a), 정합 회로 (240a), 스위치 (244a), 정합 회로 (240c) 및 스위치 (262b) 를 통과하여 안테나 (162) 로 이어지는 신호 경로와 관련될 수도 있다. 저전력 모드는 노드 (N1) 에서 스위치 (222), 드라이버 증폭기 (220), 스위치 (226 및 232a), 정합 회로 (240c) 및 스위치 (262b) 를 통과하여 안테나 (162) 로 이어지는 신호 경로와 관련될 수도 있다. 초저전력 모드는 노드 (N1) 에서 스위치 (224 및 232a), 정합 회로 (240c) 및 스위치 (262b) 를 통과하여 안테나 (162) 로 이어지는 신호 경로와 관련될 수도 있다. 다른 동작 모드들도 또한 지원될 수 있다.
도 2에 도시된 예시적인 설계에서, 스위치는 RF 신호를 라우팅하고 다중 동작 모드를 지원하기 위해 사용될 수도 있다. 스위치는 MOS 트랜지스터, 다른 유형의 트랜지스터, 또는 다른 회로 요소들로 구현될 수도 있다. 명확한 설명을 위해, MOS 트랜지스터로 구현된 스위치에 대해 이하에서 설명한다.
도 3a는 N-채널 MOS (NMOS) 트랜지스터 (310) 로 구현된 스위치 (300) 의 개략도이다. NMOS 트랜지스터 (310) 는 입력 신호 (VIN) 를 수신하는 소스, 제어 신호 (VCONTROL) 를 수신하는 게이트, 및 출력 신호 (VOUT) 를 제공하는 드레인을 갖는다. 이상적으로는, NMOS 트랜지스터 (310) 는 턴온될 때 VIN 신호를 통과시키고, 턴오프될 때 VIN 신호를 차단해야 한다. 그러나, NMOS 트랜지스터 (310) 는 게이트-투-소스 기생 커패시턴스 (CGS) 뿐만 아니라 게이트-투-드레인 기생 커패시턴스 (CGD) 를 갖는다. NMOS 트랜지스터 (310) 가 턴온될 때, VIN 신호의 일부가 누설 경로 (leakage path) 를 따라 CGS 및 CGD 커패시턴스를 통과하여 VCONTROL 신호 소스 쪽으로 흐르며, VCONTROL 신호 소스는 낮은 임피던스를 가질 수도 있다. CGS 및 CGD 커패시턴스를 통한 신호 손실은 특히 RF 어플리케이션에서 중요할 수도 있다. 명확한 설명을 위해, 다른 기생 커패시턴스들은 무시할 수 있는 것으로 가정한다. 예를 들어, 소스-투-벌크, 소스-투-기판, 드레인-투-벌크, 드레인-투-기판 기생 커패시턴스들은 무시할 수 있거나 그들의 효과는 경미한 것으로 가정한다.
도 3b는 RF 플로팅된 게이트를 가지는 NMOS 트랜지스터 (310) 로 구현된 스위치 (302) 의 개략도이다. NMOS 트랜지스터 (310) 는 VIN 신호를 수신하는 소스, 저항 (320) 의 일단에 커플링되는 게이트, 및 VOUT 신호를 제공하는 드레인을 갖는다. 저항 (320) 의 타단은 VCONTROL 신호를 수신한다. 저항 (320) 은 R에 해당하는 저항값을 가지며, R의 값은 예를 들어 수 킬로 Ohm (kΩ) 단위의 상대적으로 큰 값일 수도 있다. NMOS 트랜지스터 (310) 가 턴온될 때, 누설 경로는 CGS 및 CGD 커패시턴스 뿐만 아니라 저항 (320) 을 통과하여 VCONTROL 신호 소스까지 이어진다. 저항 (320) 의 큰 저항값은 RF 주파수에서 NMOS 트랜지스터 (310) 의 게이트를 기본적으로 플로팅할 수 있으며, 이에 따라 신호 손실이 감소될 수 있다. 저항 (320) 은 RF 플로팅 저항으로 불릴 수도 있다.
VIN 신호는 큰 신호 스윙을 가질 수도 있으며, 이는 NMOS 트랜지스터 (310) 의 항복 전압 (breakdown voltage) 을 초과할 수도 있다. NMOS 트랜지스터 (310) 가 턴온될 때, 게이트는 특정 전압 (예를 들어, 0V) 을 가질 수도 있으며, 소스는 VIN 신호의 신호 스윙을 관측할 수도 있다. 게이트-투-소스 전압 (VGS) 은 VIN 신호의 신호 스윙에 의존할 수도 있으며, NMOS 트랜지스터 (310) 의 항복 전압을 초과할 수도 있다. VGS 전압이 항복 전압을 초과할 때, NMOS 트랜지스터 (310) 의 신뢰도는 절충될 수도 있다.
도 4는 신뢰도를 개선하기 위해 적층형 NMOS 트랜지스터로 구현된 스위치 (400) 의 개략도이다. 스위치 (400) 내에서, K 개의 NMOS 트랜지스터들 (410a-410k) 은 적층형 구조로 (또는 직렬로) 커플링되며, 이때, K는 1보다 큰 임의의 정수일 수 있다. (제 1 NMOS 트랜지스터 (410a) 를 제외한) 각각의 NMOS 트랜지스터 (410) 는 바로 옆의 NMOS 트랜지스터의 드레인에 커플링되는 소스를 갖는다. 제 1 트랜지스터 (410a) 는 VIN 신호를 수신하는 소스를 가지고, 마지막 NMOS 트랜지스터 (410k) 는 VOUT 신호를 제공하는 드레인을 갖는다. 각각의 NMOS 트랜지스터 (410) 는 대칭 구조로 구현될 수 있으며, 각각의 NMOS 트랜지스터의 소스 및 드레인은 서로 바뀔 수 있다. K 개의 저항들 (420a-420k) 은 노드 (A) 에 커플링되는 일단, 및 NMOS 트랜지스터 (410a-410k) 의 게이트에 각각 커플링되는 타단을 갖는다. VCONTROL 신호는 노드 (A) 에 인가된다.
저항들 (420a-420k) 은 R1 부터 RK 까지의 저항값을 각각 가지며, 이는 예를 들어 수 킬로 Ohm (kΩ) 단위의 상대적으로 큰 값일 수도 있다. NMOS 트랜지스터 (410) 가 턴온될 때, 저항 (420) 은 각각의 NMOS 트랜지스터의 CGS 및 CGD 커패시턴스를 통하는 누설 경로에서 VIN 신호에 큰 저항을 부가함으로써 신호 손실을 감소시킬 수도 있다. NMOS 트랜지스터 (410) 가 턴오프될 때, 저항 (420) 은 적층되어 있는 K 개의 NMOS 트랜지스터들 (410) 에 대해 VIN 신호의 전압 스윙을 거의 동등하게 분배하는 것을 도울 수도 있다. 저항 (420) 이 없는 경우, NMOS 트랜지스터 (410) 가 턴오프될 때, NMOS 트랜지스터 (410) 의 게이트는 낮은 임피던스를 가질 수도 있다. 그러면, 제 1 NMOS 트랜지스터 (410a) 는 VIN 신호의 전압 스윙의 대부분을 관측할 수 있고, 신뢰도 문제에 대해 좀 더 민감해질 수 있다.
일반적으로, 신뢰도는 하기와 같은 두 케이스에서 문제가 될 수 있다.
1. 모든 스위치가 공통 노드, 예를 들어 도 2의 노드 (N9) 에 연결되는 다중 경로 스위치 구성. 보통 하나의 스위치만 턴온되고 다른 모든 스위치들은 턴오프됨.
2. 션트 (shunt) 스위치는 턴오프되고 스루 (through) 스위치는 턴온되는 션트/스루 구성.
상기의 두 케이스에서, 턴오프된 스위치는 고정된 전압 (예를 들어, 회로 접지) 에 커플링된 하나의 단자를 가지며, 다른 하나의 단자는 RF 신호에 연결될 수 있다. 그러면 스위치는 예를 들어 수 볼트 (volts) 의 큰 신호 스윙을 관측할 수 있다.
스위치는 예를 들어 도 4에 도시된 것과 같이 적층형 트랜지스터들로 구현될 수도 있다. 트랜지스터들이 충분히 크고, 게이트 및 벌크 단자가 RF 플로팅되면 (예를 들어, 충분히 큰 저항을 통해 격리될 때), 전압 스윙은 트랜지스터들에 대해 거의 동등하게 분리/분배될 수도 있다. 그러나, 트랜지스터들이 작으면, 기생 커패시터의 임피던스가 게이트 및 벌크 단자를 RF 플로팅하는데 사용되는 저항과 비슷한 크기가 될 수도 있다. 이 경우, 신호 스윙을 트랜지스터들에 대해 적절하게 나누는 것을 보장하기 위해서는 상기 저항이 더 큰 값을 가져야 한다.
도 5는 개선된 바이어싱을 갖는 스위치 (500) 의 예시적인 설계를 나타내는 개략도이다. 스위치 (500) 는 적층형 NMOS 트랜지스터 및 신뢰도를 개선하기 위한 추가적인 RF 플로팅 저항으로 구현된다. 스위치 (500) 에서, K 개의 NMOS 트랜지스터들 (510a-510k) 및 K 개의 저항들 (520a-520k) 은 도 4의 K 개의 NMOS 트랜지스터들 (410a-410k) 및 K 개의 저항들 (420a-420k) 과 유사한 방법으로 커플링된다. 추가되는 저항 (530) 은 노드 (A) 에 커플링되는 일단, 및 VCONTROL 신호를 수신하는 타단을 갖는다.
저항들 (520a-520k) 은 R1 부터 RK 까지의 저항값을 각각 가지며, 저항 (530) 은 저항값 Ra를 가질 수 있다. 일 예시적인 설계에서, 모든 저항들 (520 및 530) 은 동일한 값을 가진다, 즉, R1 = R2 = ... = RK = Ra 가 된다. 다른 예시적인 설계에서, 저항들 (520) 은 동일한 값을 갖고, 저항 (530) 은 다른 값을 가진다, 즉, R1 = R2 = ... = RK ≠ Ra 가 된다. 또 다른 예시적인 설계에서, 저항들 (520 및 530) 은 서로 다른 값을 갖는다.
도 5에 도시된 스위치 토폴로지는, 추가적인 RF 플로팅 저항 (530) 을 구비하여 다양한 이점을 제공할 수 있다. 먼저, 임피던스가 저항 (530) 의 크기만큼 부스트 (boost) 되므로, 저항 (530) 에 의해 VIN 입력과 VCONTROL 입력 사이가 더 확실하게 격리될 수도 있다 (즉, 디지털을 통한 RF 커플링이 적어짐). 또한, 임피던스가 더 높아지면, VCONTROL 신호에서 더 작은 커패시터를 사용할 수 있게 되어, VCONTROL 입력에서 RF 입력으로 커플링될 수 있는 디지털 노이즈를 제거할 수도 있다. 다음으로, 도 4의 스위치가 상당한 크기의 저항 (예를 들어 도 5의 스위치보다 두 배 큰 저항) 을 가질 때, 도 4에 도시된 스위치 토폴로지에 비해 도 5에 도시된 스위치 토폴로지에서 특정 성능 메트릭 (metrics) 이 더 뛰어날 수도 있다. 예를 들어, 모든 저항이 저항값 R을 갖는 도 5의 스위치 (500) 에 대한 삽입 손실은 모든 저항이 저항값 2R을 갖는 도 4의 스위치 (400) 에 대한 삽입 손실보다 낮을 수도 있다. 모든 저항이 저항값 R을 갖는 스위치 (500) 에 대한 입력 임피던스는 모든 저항이 저항값 2R을 갖는 스위치 (400) 에 대한 입력 임피던스보다 높을 수도 있다. 모든 저항이 저항값 R을 갖는 스위치 (500) 는 모든 저항이 저항값 2R을 갖는 스위치 (400) 보다 더 뛰어난 선형성 (예를 들어, 2차 및 3차 고조파가 더 낮음) 을 가질 수도 있다. 이외에도 도 5의 스위치 토폴로지는 여러 이점들을 제공할 수 있다.
도 6은 개선된 바이어싱을 갖는 스위치 (502) 의 예시적인 설계를 나타내는 개략도이다. 스위치 (502) 또한 적층형 NMOS 트랜지스터 및 추가적인 RF 플로팅 저항으로 구현된다. 스위치 (502) 는 K 개의 MOS 트랜지스터들 (510a-510k), K 개의 저항들 (520a-520k), 및 저항 (530) 을 포함하고, 이들은 도 5를 참조하여 전술한 바와 같이 커플링된다. 스위치 (502) 는 일단이 노드 (B) 에 커플링되고 타단이 NMOS 트랜지스터 (510a-510k) 의 벌크 노드에 각각 커플링되는, K 개의 저항들 (540a-540k) 을 더 포함한다. 저항 (550) 은 노드 (B) 와 벌크 전압 (VBULK) 사이에 커플링된다. VBULK 전압은 교류 접지 (0V), VIN 신호의 DC 전압보다 낮은 전압, 또는 기타 다른 전압일 수 있다. 저항 (540 및 550) 은 NMOS 트랜지스터 (510) 의 벌크 노드에 대해 RF 플로팅을 제공하며, 이는 NMOS 트랜지스터 (510) 의 게이트를 RF 플로팅하기 위한 저항 (520 및 530) 을 통하여 얻을 수 있는 이점과 유사할 수 있다.
도 5 및 6은 NMOS 트랜지스터로 구현되고 개선된 바이어싱을 갖는 스위치 (500 및 502) 의 예시적인 설계를 나타낸다. 개선된 바이어싱을 갖는 스위치는 또한 P-채널 MOS (PMOS) 트랜지스터, 상보형 금속 산화물 반도체 (CMOS) 트랜지스터, 바이폴라 접합 트랜지스터 (BJT), 바이폴라-CMOS (BiCMOS) 트랜지스터, 실리콘 게르마늄 (SiGe) 트랜지스터, 갈륨 비소 (GaAs) 트랜지스터 등으로 구현될 수 있다.
예시적인 설계에서, 장치는 예를 들어 도 5에 도시된 바와 같이, 복수의 트랜지스터, 복수의 저항, 및 추가 저항을 포함할 수도 있다. 복수의 트랜지스터 (예를 들어, NMOS 트랜지스터 (510)) 는 적층형 구조로 커플링될 수도 있고, 입력 신호를 수신할 수도 있으며, 출력 신호를 제공할 수도 있다. 복수의 저항 (예를 들어, 저항 (520)) 은 복수의 트랜지스터의 게이트에 커플링될 수도 있다. 추가 저항 (예를 들어, 저항 (530)) 은 복수의 저항에 커플링될 수도 있으며, 복수의 트랜지스터를 위한 제어 신호를 수신할 수도 있다.
복수의 트랜지스터는 MOS 트랜지스터, NMOS 트랜지스터, PMOS 트랜지스터 등을 포함할 수 있다. 복수의 저항은 동일한 저항값 또는 서로 다른 저항값을 가질 수 있다. 추가 저항은 복수의 저항과 동일하거나 서로 다른 저항값을 가질 수 있다. 예시적인 설계에서, 각각의 저항은 적어도 1 kΩ의 저항값을 가질 수도 있다.
복수의 저항 및 추가 저항은, 복수의 트랜지스터가 턴온될 때 복수의 트랜지스터에 존재하는 기생 커패시턴스를 통한 신호 손실을 감소시킬 수도 있다. 입력 신호는 각각의 트랜지스터의 항복 전압보다 더 큰 신호 스윙을 가질 수도 있다. 복수의 저항 및 추가 저항은, 복수의 트랜지스터들이 턴오프될 때 복수의 트랜지스터에 대해 신호 스윙을 거의 동등하게 나누는 것을 도울 수도 있다. 저항은 또한 전술한 바와 같이 스위칭 성능을 향상시킬 수도 있다.
장치는 예를 들어 도 6에 도시된 바와 같이 제 2 복수의 저항 및 제 2 추가 저항을 더 포함할 수도 있다. 제 2 복수의 저항 (예를 들어, 저항 (540)) 은 복수의 트랜지스터의 벌크 노드에 커플링될 수도 있다. 제 2 추가 저항 (예를 들어, 저항 (550)) 은 제 2 복수의 저항 및 예를 들어 AC 접지와 같은 벌크 전압에 커플링될 수도 있다.
장치는 증폭된 RF 신호를 제공하는 전력 증폭기를 더 포함할 수도 있다. 입력 신호는 상기 증폭된 RF 신호에서 유래된 RF 신호일 수도 있다.
다른 예시적인 설계에서, 집적 회로는 복수의 MOS 트랜지스터, 복수의 저항, 및 추가 저항을 포함할 수도 있다. 복수의 MOS 트랜지스터는 적층형 구조로 커플링될 수도 있고, 입력 RF 신호를 수신할 수도 있으며, 출력 RF 신호를 제공할 수도 있다. 복수의 저항은 복수의 MOS 트랜지스터의 게이트에 커플링될 수도 있다. 추가 저항은 복수의 저항에 커플링될 수도 있으며, 복수의 MOS 트랜지스터를 위한 제어 신호를 수신할 수도 있다. 집적 회로는 (i) 복수의 MOS 트랜지스터의 벌크 노드에 커플링되는 제 2 복수의 저항 및 (ii) 제 2 복수의 저항 및 벌크 전압에 커플링되는 제 2 추가 저항을 더 포함할 수도 있다.
또 다른 예시적인 설계에서, 장치 (예를 들어, 무선 통신 장치) 는 모듈을 포함할 수도 있다. 모듈은 다중 신호 경로를 구현하기 위한 다중 스위치를 포함할 수도 있다. 모듈은 RF 신호를 수신할 수도 있으며, RF 신호를 다중 신호 경로들 중 하나를 통해 라우팅할 수도 있다. 각각의 스위치는 적층형 구조로 커플링되는 복수의 트랜지스터, 복수의 트랜지스터의 게이트에 커플링되는 복수의 저항, 및 복수의 저항에 커플링되고 복수의 트랜지스터를 위한 제어 신호를 수신하는 추가 저항을 포함할 수도 있다. 예시적인 설계에서, 모듈은 예를 들어, 도 2의 스위치플렉서 (260) 와 같은 스위치플렉서일 수도 있다. 다른 예시적인 설계에서, 모듈은 인에이블됐을 때 RF 신호를 증폭하는 적어도 하나의 전력 증폭기를 더 포함하는 PA 모듈일 수도 있다. 모듈은 다중 신호 경로를 가지는 기타 다른 유닛일 수도 있다.
도 7은 신호 스위칭을 수행하기 위한 프로세스 (700) 의 예시적인 설계를 나타낸다. 제어 신호는 제 1 저항 및 나아가 복수의 저항을 통해, 적층형 구조로 커플링된 복수의 트랜지스터의 게이트에 인가될 수도 있다 (블록 712). 제어 신호에 의해 복수의 트랜지스터가 턴온될 때, 입력 신호는 복수의 트랜지스터를 통과할 수도 있다 (블록 714). 제어 신호에 의해 복수의 트랜지스터가 턴오프될 때, 입력 신호가 복수의 트랜지스터를 통과하는 것이 차단될 수도 있다 (블록 716). 복수의 트랜지스터가 턴온될 때, 제 1 저항을 통해 복수의 트랜지스터의 기생 커패시턴스를 통한 신호 손실이 감소될 수도 있다 (블록 718). 복수의 트랜지스터가 턴오프될 때, 입력 신호의 신호 스윙이 복수의 트랜지스터에 대해 거의 동등하게 나누어질 수도 있다 (블록 720).
본 명세서에 설명된 개선된 바이어싱을 갖는 스위치는 IC, 아날로그 IC, RFIC, 혼합-신호 IC, ASIC, 인쇄 회로 기판 (PCB), 전자 디바이스 등으로 구현될 수도 있다. 또한, 스위치는 CMOS, NMOS, PMOS, 바이폴라 접합 트랜지스터 (BJT), 바이폴라-CMOS (BiCMOS), 실리콘 게르마늄 (SiGe), 갈륨 비소 (GaAs) 등과 같은 다양한 IC 프로세스 기술을 통해서 제조될 수도 있다. 또한, 스위치는 실리콘-온-절연체 (SOI) 를 통해서 제조될 수도 있으며, 실리콘-온-절연체 (SOI) 는 실리콘 박막이 실리콘 산화물 또는 유리와 같은 절연체 상에 형성되는 IC 프로세스이다. 이후, 스위치용 MOS 트랜지스터가 이 실리콘 박막 상에 형성될 수도 있다. SOI 프로세스는 스위치의 기생 커패시턴스를 감소시킬 수도 있으며, 이에 따라 동작이 더 빨라질 수 있다.
본 명세서에 설명된 개선된 바이어싱을 갖는 스위치를 구현하는 장치는 독립형 디바이스일 수도 있고 또는 더 큰 디바이스의 일부일 수도 있다. 디바이스는 (i) 독립형 IC, (ii) 데이터 및/또는 명령을 저장하기 위한 메모리 IC를 포함할 수도 있는 하나 이상의 IC들의 세트, (iii) RF 수신기 (RFR) 또는 RF 송/수신기 (RTR) 과 같은 RFIC, (iv) 이동국 모뎀 (MSM) 과 같은 ASIC, (v) 다른 디바이스 내에 내장될 수도 있는 모듈, (vi) 수신기, 셀룰러 폰, 무선 디바이스, 핸드셋 또는 모바일 유닛, 또는 (vii) 기타 디바이스일 수도 있다.
하나 이상의 예시적 설계에서, 설명된 기능은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수도 있다. 소프트웨어로 구현되면, 그 기능은 컴퓨터 판독가능 매체 상의 하나 이상의 명령 또는 코드로서 저장되거나 송신될 수도 있다. 컴퓨터 판독가능 매체는 일 장소로부터 다른 장소로의 컴퓨터 프로그램의 전송을 용이하게 하는 임의의 매체를 포함하는 통신 매체 및 컴퓨터 저장 매체 양자를 포함한다. 저장 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수도 있다. 비한정적 예로서, 이러한 컴퓨터 판독가능 매체는 RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM 또는 다른 광학 디스크 저장, 자성 디스크 저장 또는 다른 자성 저장 디바이스, 또는 명령 또는 데이터 구조의 형태로 원하는 프로그램 코드를 운반 또는 저장하는데 이용될 수 있고 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다. 또한, 임의의 접속이 컴퓨터 판독가능 매체로 적절히 명칭된다. 예를 들어, 소프트웨어가 동축 케이블, 광섬유 케이블, 연선 (twisted pair), 디지털 가입자 라인 (DSL), 또는 적외선, 라디오, 및 마이크로파와 같은 무선 기술을 이용하여 웹사이트, 서버, 또는 다른 원격 소스로부터 송신되면, 그 동축 케이블, 광섬유 케이블, 연선, DSL, 또는 적외선, 라디오, 및 마이크로파와 같은 무선 기술은 매체의 정의 내에 포함된다. 여기에 설명된 바와 같이, 디스크 (disk) 및 디스크 (disc) 는 콤팩트 디스크 (CD), 레이저 디스크, 광 디스크, DVD (digital versatile disc), 플로피 디스크 및 블루레이 디스크를 포함하며, 여기서, 디스크 (disk) 는 일반적으로 데이터를 자기적으로 재생하지만, 디스크 (disc) 는 레이저를 이용하여 광학적으로 데이터를 재생한다. 또한, 상기의 조합은 컴퓨터 판독가능 매체의 범위 내에 포함되어야 한다.
개시물에 대한 이전의 설명은 당업자가 본 발명을 제조 또는 이용할 수 있도록 제공된다. 개시물에 대한 다양한 변형은 당업자에게는 용이하게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리는 개시물의 범위를 벗어남이 없이 다른 변형들에 적용될 수도 있다. 따라서, 개시물은 여기에 설명된 예시 및 설계들로 한정되도록 의도된 것이 아니라, 여기에 개시된 원리 및 신규한 특성에 부합하는 최광의 범위가 허여되야 한다.

Claims (22)

  1. 적층형 구조 (stacked configuration) 로 커플링되고, 입력 신호를 수신하며, 출력 신호를 제공하는 복수의 트랜지스터들;
    상기 복수의 트랜지스터들의 게이트들에 커플링되는 복수의 저항들;
    상기 복수의 저항들에 커플링되고, 상기 복수의 트랜지스터들을 위한 제어 신호를 수신하는 추가 저항;
    상기 복수의 트랜지스터들 각각의 벌크 노드들 (bulk nodes) 에 커플링되는 제 2 복수의 저항들; 및
    상기 제 2 복수의 저항들의 각각의 저항 및 벌크 전압 사이에 커플링되는 제 2 추가 저항을 포함하는, 신호 스위칭을 수행하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 트랜지스터들은 금속 산화물 반도체 (MOS) 트랜지스터들을 포함하는, 신호 스위칭을 수행하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 트랜지스터들은 N-채널 MOS (NMOS) 트랜지스터들을 포함하는, 신호 스위칭을 수행하는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 저항들은 동일한 저항값을 갖는, 신호 스위칭을 수행하는 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 저항들 및 상기 추가 저항은 동일한 저항값을 갖는, 신호 스위칭을 수행하는 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 저항들 각각은 제 1 저항값을 갖고, 상기 추가 저항은 상기 제 1 저항값과 다른 제 2 저항값을 갖는, 신호 스위칭을 수행하는 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 저항들 및 상기 추가 저항 각각은 적어도 1 킬로옴 (kΩ) 의 저항값을 갖는, 신호 스위칭을 수행하는 장치.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 벌크 전압은 교류 (AC) 접지 또는 상기 입력 신호의 직류 (DC) 전압보다 낮은 바이어스 전압인, 신호 스위칭을 수행하는 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력 신호는 입력 무선주파수 (RF) 신호를 포함하고, 상기 출력 신호는 출력 RF 신호를 포함하는, 신호 스위칭을 수행하는 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    증폭된 RF 신호를 제공하는 전력 증폭기를 더 포함하고, 상기 입력 RF 신호는 상기 증폭된 RF 신호에 기초하여 유도되는, 신호 스위칭을 수행하는 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력 신호는 각 트랜지스터의 항복 전압 (breakdown voltage) 보다 큰 신호 스윙을 갖는, 신호 스위칭을 수행하는 장치.
  13. 적층형 구조 (stacked configuration) 로 커플링되고, 입력 무선주파수 (RF) 신호를 수신하며, 출력 RF 신호를 제공하는 복수의 금속 산화물 반도체 (MOS) 트랜지스터들;
    상기 복수의 MOS 트랜지스터들의 게이트들에 커플링되는 복수의 저항들;
    상기 복수의 저항들에 커플링되고, 상기 복수의 MOS 트랜지스터들을 위한 제어 신호를 수신하는 추가 저항;
    상기 복수의 MOS 트랜지스터들 각각의 벌크 노드들 (bulk nodes) 에 커플링되는 제 2 복수의 저항들; 및
    상기 제 2 복수의 저항들의 각각의 저항 및 벌크 전압 사이에 커플링되는 제 2 추가 저항을 포함하는, 집적 회로.
  14. 삭제
  15. 다중 신호 경로들을 구현하기 위한 다중 스위치들을 포함하고, 무선주파수 (RF) 신호를 수신하며, 상기 다중 신호 경로들 중 하나를 통하여 상기 RF 신호를 라우팅하는 모듈을 포함하고,
    상기 다중 스위치들 각각은,
    적층형 구조 (stacked configuration) 로 커플링되는 복수의 트랜지스터들;
    상기 복수의 트랜지스터들의 게이트들에 커플링되는 복수의 저항들;
    상기 복수의 저항들에 커플링되고, 상기 복수의 트랜지스터들을 위한 제어 신호를 수신하는 추가 저항;
    상기 복수의 트랜지스터들 각각의 벌크 노드들 (bulk nodes) 에 커플링되는 제 2 복수의 저항들; 및
    상기 제 2 복수의 저항들의 각각의 저항 및 벌크 전압 사이에 커플링되는 제 2 추가 저항을 포함하는, 신호 스위칭을 수행하는 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 모듈은 안테나에 커플링되는 스위치플렉서 (switchplexer) 인, 신호 스위칭을 수행하는 장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 모듈은, 상기 RF 신호를 증폭하기 위한 적어도 하나의 전력 증폭기 (PA) 를 더 포함하는 전력 증폭기 모듈인, 신호 스위칭을 수행하는 장치.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 장치는 무선 통신 장치인, 신호 스위칭을 수행하는 장치.
  19. 제 1 저항 및 나아가 복수의 저항들을 통해, 적층형 구조 (stacked configuration) 로 커플링된 복수의 트랜지스터들의 게이트들에 제어 신호를 인가하는 단계;
    상기 제어 신호에 의해 상기 복수의 트랜지스터들이 턴온될 때, 입력 신호를 상기 복수의 트랜지스터들에 대해 통과시키는 단계;
    상기 제어 신호에 의해 상기 복수의 트랜지스터들이 턴오프될 때, 상기 입력 신호가 상기 복수의 트랜지스터들을 통과하는 것을 차단하는 단계;
    벌크 전압에 커플링된 제 2 추가 저항 및 나아가 제 2 복수의 추가 저항들을 통해 상기 복수의 트랜지스터들의 각각의 트랜지스터의 벌크 노드를 상기 벌크 전압으로 바이어싱하는 단계로서, 상기 제 2 복수의 추가 저항들의 각각의 추가 저항은 상기 제 2 추가 저항 및 상기 복수의 트랜지스터들의 각각의 트랜지스터의 벌크 노드 사이에 커플링된, 상기 바이어싱하는 단계를 포함하는, 신호 스위칭을 수행하는 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 복수의 트랜지스터들이 턴온될 때, 상기 제 1 저항을 통해 상기 복수의 트랜지스터들의 기생 커패시턴스를 통한 신호 손실을 감소시키는 단계를 더 포함하는, 신호 스위칭을 수행하는 방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 복수의 트랜지스터들이 턴오프될 때, 상기 복수의 트랜지스터들에 대해 상기 입력 신호의 신호 스윙을 동등하게 분할하는 단계를 더 포함하는, 신호 스위칭을 수행하는 방법.
  22. 제어 신호에 의해 턴온될 때 입력 신호를 통과시키고, 상기 제어 신호에 의해 턴오프될 때 상기 입력 신호를 차단하는 수단;
    제 1 저항 및 나아가 복수의 저항들을 통해, 상기 입력 신호를 통과시키고 차단하는 상기 수단에 상기 제어 신호를 인가하는 수단; 및
    전압에 커플링된 제 2 추가 저항 및 나아가 제 2 복수의 추가 저항들을 통해 상기 입력 신호를 통과 및 차단하는 수단을 상기 전압으로 바이어싱하는 수단으로서, 상기 제 2 복수의 추가 저항들의 각각의 추가 저항은 상기 제 2 추가 저항 및 상기 입력 신호를 통과 및 차단하는 수단 사이에 커플링된, 상기 바이어싱하는 수단을 포함하는, 신호 스위칭을 수행하는 장치.
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