KR101952857B1 - 스위칭 회로 및 이를 포함하는 고주파 스위치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스위칭 회로 및 이를 포함하는 고주파 스위치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 스위칭 회로는, 서로 직렬 연결되는 복수의 스위치 소자를 포함하는 스위치 회로부, 상기 스위치 회로부와 신호 입력단 사이에 접속되고, 사전에 설정된 기준 전압을 제공하는 기준 전압부 및 상기 스위치 회로부에 제공되는 게이트 전압을 사전에 설정된 크기로 분배하여 상기 기준 전압에 대응되는 제2 제어 전압을 생성하고, 상기 제2 제어 전압을 상기 복수의 스위치 소자 각각의 바디에 제공하는 전압 생성부를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 스위칭 회로 및 이를 포함하는 고주파 스위치에 관한 것이다.
무선통신 기술의 발달에 따라, 다양한 통신 표준이 동시적으로 사용되고 있다. 또한, 무선 통신 모듈의 소형화 및 휴대 단말의 고성능화에 따라, 하나의 휴대 단말에 복수의 통신 표준을 적용하는 것이 요구되고 있다. 따라서, 하나의 휴대폰에서 지원해야 할 주파수 대역이 많아지고 있다.
즉, 셀룰러(Cellular) 영역에서는 기존의 2G 및 3G 통신 기술을 추가하여, LTE와 같은 4G 통신 방식이 널리 확대되어 적용되고 있는 추세이다. 또한, 와이파이(wifi)영역에서는 기존의 802.11b/g/n에 11ac 규격이 추가되어 새롭게 시장을 형성해나가고 있다.
이러한 동향에 따라, 알에프 프론트 엔드(RF Front-End) 분야에서도 다양한 주파수 대역의 지원이 요구되고 있다. 예컨대, 안테나와 알에프 칩셋 간의 신호 경로상에 위치하는 고주파 스위치에 대해서도, 다양한 주파수 대역을 지원하는 것이 요구되고 있으며, 이에 따라, 단극(SINGLE POLE) 쌍투(DOUBLE THROW)형 에스피디티(SPDT) 스위치가 다양한 부분에서 사용되고 있다.
한편, 고주파 스위치에서 사용되는 스위치 소자의 일 실시예인 MOSFET은 플로팅(floating) 바디와 바디 컨택트형 두 가지가 있다. 플로팅 바디의 경우는 삽입 손실은 우수하나, 하모닉(harmonics) 성능은 열화된다. 반대로 바디 컨택트형의 경우 하모닉 성능은 우수하지만, 삽입 손실 성능은 열화된다.
하기의 선행기술문헌인 특허문헌 1은 스위치 회로 장치에 관한 것으로서, 드라이버 회로의 출력부에 누설전류 억제 회로부를 마련하여 고주파 신호의 침입을 억제하는 내용이 개시되어 있다. 다만, 본 발명과는 달리, 바디 단자를 플로팅하지 않고 스위치 소자가 턴 온일 때의 양 전압을 스위치 소자의 바디에 인가하여 스위치 소자의 바디와 소스 전압차를 최소화하는 내용에 대해서는 개시되어 있지 않다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 바디 단자를 플로팅하지 않고 스위치 소자가 턴 온일 때의 양 전압을 스위치 소자의 바디에 인가하여 스위치 소자의 바디와 소스 전압차를 최소화함으로써 하모닉 특성을 향상시킬 수 있는 스위칭 회로 및 이를 포함하는 고주파 스위치를 제안한다.
본 발명의 제1 기술적인 측면에 따른 스위칭 회로는, 서로 직렬 연결되는 복수의 스위치 소자를 포함하는 스위치 회로부; 상기 스위치 회로부와 신호 입력단 사이에 접속되고, 사전에 설정된 기준 전압을 제공하는 기준 전압부; 및 상기 스위치 회로부에 제공되는 게이트 전압을 사전에 설정된 크기로 분배하여 상기 기준 전압에 대응되는 제2 제어 전압을 생성하고, 상기 제2 제어 전압을 상기 복수의 스위치 소자 각각의 바디에 제공하는 전압 생성부; 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 스위치 소자 각각의 제어단과 공통 제어단 사이에 각각 접속되는 복수의 게이트 저항을 더 포함하며, 상기 복수의 스위치 소자 각각은 상기 게이트 전압을 상기 복수의 게이트 저항을 통해 제공받을 수 있다.
또한, 상기 복수의 스위치 소자 각각의 바디와 공통 바디단 사이에 각각 접속되는 복수의 바디 저항을 더 포함하며, 상기 복수의 스위치 소자 각각은 상기 제2 제어 전압을 상기 복수의 바디 저항을 통해 제공받을 수 있다.
또한, 상기 기준 전압부는, 적어도 하나의 저항 소자를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전압 생성부는, 서로 직렬 연결되는 제1 및 제2 저항 소자를 포함하고, 상기 제1 제어 전압을 상기 제1 및 제2 저항 소자의 저항값에 따라 분배하여 상기 제2 제어 전압을 생성할 수 있다.
또한, 상기 기준 전압부는, 상기 전압 생성부로부터 제2 제어 전압을 제공받아 상기 기준 전압을 설정할 수 있다.
또한, 상기 복수의 스위치 소자 각각은, MOSFET(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor)이며, 상기 MOSFET의 게이트 두께는 2.2nm 이하일 수 있다.
본 발명의 제2 기술적인 측면에 따른 고주파 스위치는, 안테나와 접속하여 고주파 신호를 송수신하는 공통 포트; 상기 공통 포트와 제1 포트 사이에서 서로 직렬 연결되는 복수의 제1 바디 컨택트형 스위치 소자를 갖는 제1 스위치부; 상기 공통 포트와 제2 포트 사이에서 서로 직렬 연결되는 복수의 제2 바디 컨택트형 스위치 소자를 갖는 제2 스위치부; 상기 제1 스위치부와 상기 제1 포트 사이에서 제1 기준 전압을 제공하는 제1 기준 전압부; 및 상기 제2 스위치부와 상기 제2 포트 사이에서 제2 기준 전압을 제공하는 제2 기준 전압부; 를 포함하고, 상기 제1 스위치부는, 상기 복수의 제1 바디 컨택트형 스위치 소자의 제1 공통 제어단으로부터 제공받은 전압을 상기 제1 기준 전압과 전압 차가 없도록 사전에 설정된 저항값에 따라 분배하여 상기 복수의 제1 바디 컨택트형 스위치 소자의 제1 공통 바디단에 제공하며, 상기 제2 스위치부는, 상기 복수의 제2 바디 컨택트형 스위치 소자의 제2 공통 제어단으로부터 제공받은 전압을 상기 제2 기준 전압과 전압 차가 없도록 사전에 설정된 저항값에 따라 분배하여 상기 복수의 제2 바디 컨택트형 스위치 소자의 제2 공통 바디단에 제공할 수 있다.
또한, 상기 제1 스위치부는, 상기 제1 공통 제어단과 상기 제1 공통 바디단 사이에 접속되는 제1 전압 생성부; 더 포함하고, 상기 제2 스위치부는, 상기 제2 공통 제어단과 상기 제2 공통 바디단 사이에 접속되는 제2 전압 생성부; 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 전압 생성부는, 서로 직렬 연결되는 제1 및 제2 저항 소자를 포함하고, 상기 제1 공통 제어단으로부터 제공받은 전압을 상기 제1 및 제2 저항 소자의 저항값에 따라 분배하여 상기 제1 공통 바디단에 제공하며, 상기 제2 전압 생성부는, 서로 직렬 연결되는 제3 및 제4 저항 소자를 포함하고, 상기 제2 공통 제어단으로부터 제공받은 전압을 상기 제3 및 제4 저항 소자의 저항값에 따라 분배하여 상기 제2 공통 바디단에 제공할 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 기준 전압부 각각은, 적어도 하나의 저항 소자를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 기준 전압부는, 상기 제1 전압 생성부로부터 출력되는 전압을 제공받아 상기 제1 기준 전압을 설정하고, 상기 제2 기준 전압부는, 상기 제2 전압 생성부로부터 출력되는 전압을 제공받아 상기 제2 기준 전압을 설정할 수 있다.
또한, 상기 제2 포트와 상기 제2 스위치부 사이에 접속되어 상기 제2 포트와 접지 사이의 신호 전달 경로를 도통 또는 차단하는 제1 션트부; 및 상기 제1 포트와 상기 제1 스위치부 사이에 접속되어 상기 제1 포트와 접지 사이의 신호 전달 경로를 도통 또는 차단하는 제2 션트부; 를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 제1 및 제2 바디 컨택트형 스위치 소자 각각은, MOSFET(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor)이며, 상기 MOSFET의 게이트 두께는 2.2nm 이하일 수 있다.
본 발명에 따른 스위칭 회로 및 이를 포함하는 고주파 스위치는, 선형성 특성이 개선되며, 하모닉 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 스위치 소자의 바디로 발생되는 누설 전류를 최소화할 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 회로를 나타낸 블록도이다.
도2는 도1에 도시한 스위칭 회로를 보다 상세하게 나타낸 회로도이다.
도3은 도1에 도시한 스위칭 회로에서 전압 생성부를 보다 상세히 나타낸 회로도이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 회로의 하모닉 특성을 나타낸 그래프이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 스위치를 나타낸 블록도이다.
도6은 도5에 도시한 고주파 스위치를 보다 상세하게 나타낸 회로도이다.
도7은 도6에 도시한 고주파 스위치에서 션트부를 추가한 회로도이다.
도2는 도1에 도시한 스위칭 회로를 보다 상세하게 나타낸 회로도이다.
도3은 도1에 도시한 스위칭 회로에서 전압 생성부를 보다 상세히 나타낸 회로도이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 회로의 하모닉 특성을 나타낸 그래프이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 스위치를 나타낸 블록도이다.
도6은 도5에 도시한 고주파 스위치를 보다 상세하게 나타낸 회로도이다.
도7은 도6에 도시한 고주파 스위치에서 션트부를 추가한 회로도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 회로를 나타낸 블록도이다.
도2는 도1에 도시한 스위칭 회로를 보다 상세하게 나타낸 회로도이다.
도1을 참조하면, 본 발명에 따른 스위칭 회로는 스위치 회로부(100), 기준 전압부(200) 및 전압 생성부(300)를 포함할 수 있다.
상기 스위치 회로부(100)는 서로 직렬 연결되는 복수의 스위치 소자를 포함할 수 있다. 상기 복수의 스위치 소자의 일 실시예는 MOSFET이 될 수 있다. 상기 스위치 회로부(100)를 구성하는 MOSFET의 수는 스위칭 회로에 요구되는 내압에 의해 적당히 변경이 가능하다. 또한, 상기 복수의 MOSFET은 각각 소스 단자와 드레인 단자를 가지며, 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. 이하, 본 발명에 따른 복수의 스위치 소자가 MOSFET인 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.
도2를 참조하면, 상기 복수의 스위치 소자 각각은 바디가 각각 바디 저항을 통해 공통 바디단과 연결될 수 있으며, 상기 공통 바디단은 전압 생성부(300)와 연결될 수 있다. 즉, 상기 복수의 스위치 소자는 바디 컨택트형 FET이며, 이때, 바디 저항을 마련하는 것은 바디 영역으로부터의 누설 전력으로 인한 손실을 감소시키기 위함이다.
한편, 상기 복수의 스위치 소자의 게이트 단자와 공통 제어단 사이에는 각각 게이트 저항이 마련될 수 있다.
상기 복수의 스위치 소자는 신호 입력단(IN)과 신호 출력단(OUT) 사이의 신호 전달 경로를 스위칭 동작을 수행하여 도통 또는 차단할 수 있다.
한편, 상기 복수의 스위치 소자 각각은 씬(thin) 게이트로 구성될 수 있으며, 이때, 씬 게이트의 두께는 2.2nm 이하일 수 있다.
상기 기준 전압부(200)는 신호 입력단(IN)과 상기 스위치 회로부(100) 사이에 접속될 수 있으며, 사전에 설정된 기준 전압을 제공할 수 있다. 도2를 참조하면, 상기 기준 전압부(200)는 적어도 하나의 저항 소자(R1)을 포함할 수 있다. 이때, 사전에 설정된 기준 전압에 대해서는 도3을 참조하여 후술하기로 한다.
상기 전압 생성부(300)는 상기 스위치 회로부(100)에 제공되는 게이트 전압을 사전에 설정된 크기로 분배하여 상기 기준 전압에 대응되는 제2 제어 전압을 생성하고, 상기 제2 제어 전압을 상기 복수의 스위치 소자 각각의 바디에 제공할 수 있다.
도2를 참조하면, 상기 전압 생성부(300)는 스위치부(100)의 공통 제어단과 공통 바디단 사이에서 접속될 수 있다. 즉, 공통 제어단으로부터 이에 관해서는 도3을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도3은 도1에 도시한 스위칭 회로에서 전압 생성부(300)를 보다 상세히 나타낸 회로도이다.
도3을 참조하면, 상기 전압 생성부(300)는 서로 직렬 연결되는 제1 및 제2 저항 소자(R2, R3)를 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 저항 소자(R2, R3)는 각각 사전에 설정되는 저항 값을 가질 수 있으며, 상기 제2 저항 소자(R3)는 일단이 접지와 연결될 수 있다.
즉, 상기 전압 생성부(300)는 제1 제어 전압(Vg)을 상기 스위치부(100)의 공통 제어단으로부터 제공받아, 상기 제1 및 제2 저항 소자(R2, R3)의 저항 값에 따라 분배하여 제2 제어 전압을 생성할 수 있다. 또한, 상기 전압 생성부(300)는 생성된 제2 제어 전압을 상기 스위치부(100)의 공통 바디단에 제공할 수 있다.
보다 구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 회로의 동작에 대하여 설명하기로 한다.
먼저, 스위치부(100)에 포함되는 복수의 스위치 소자 모두가 턴 온되어 신호 입력단(IN)과 신호 출력단(OUT) 사이의 신호 전달 경로가 도통되는 경우를 설명하기로 한다.
도3을 참조하면, 제1 제어 전압(Vg)이 하이(High)인 경우에 스위치부(100)의 복수의 스위치 소자는 턴 온 될 수 있다. 이때, 제2 제어 전압을 Vb라고 하면, 제2 제어 전압(Vb)은 하기의 수식 1과 같다.
[수식 1]
제2 제어 전압(Vb) = {R3/(R2+R3)} * 제1 제어 전압(Vg)
이때, 상기 제1 저항 소자(R2) 및 제2 저항 소자(R3)의 저항값은 상기 제2 제어 전압(Vb)이 적어도 하나의 저항 소자에 의해 제공되는 기준 전압과 전압 차가 없도록 사전에 설정될 수 있다. 이렇게 되는 경우, 상기 기준 전압과 상기 제2 제어 전압(Vb)간의 전압 차가 발생하지 않을 수 있다.
따라서, 스위치부(100)의 공통 바디단으로 제공되는 상기 제1 제어 전압이 상기 기준 전압과 전압 차이가 발생하지 않도록 상기 제1 및 제2 저항 소자(R2, R3)의 저항값을 설정할 수 있다.
이렇게 되면, 공통 바디단에 고주파 신호가 흐르지 않을 수 있으며, 이때, 상기 스위치부(100)의 복수의 스위치 소자는 정상적으로 턴 온 될 수 있다.
다음으로, 스위치부(100)에 포함되는 복수의 스위치 소자 모두가 턴 오프 되어 신호 입력단(IN)과 신호 출력단(OUT) 사이의 신호 전달 경로가 차단되는 경우를 설명하기로 한다.
상기 스위치부(100)에 포함되는 복수의 스위치 소자 각각이 턴 오프 되는 경우에는, 기준 전압이 제2 제어 전압(Vb)보다 큰 값이므로, 상기 복수의 스위치 소자 각각의 게이트-소스 전압(Vgs) 및 바디-소스 전압(Vbs)은 음의 값을 갖게 된다.
이때, 상기 복수의 스위치 소자 각각의 게이트-소스 전압(Vgs)은 하기의 수식 2와 같다. 또한, 상기 복수의 스위치 소자 각각의 바디-소스 전압(Vbs)는 하기의 수식 3과 같다.
[수식 2]
게이트-소스 전압(Vgs) = 제1 제어 전압(Vg) - 기준 전압
[수식 3]
바디-소스 전압(Vbs) = 기준 전압 - 제2 제어 전압(Vb)
이 경우, 종래 기술에 따라, 복수의 스위치 소자 각각이 0V로 턴 오프 되는 경우, 미세하게 턴 온되는 경우가 발생되어, 상기 복수의 스위치 소자를 포함하는 스위칭 회로의 선형성이 열화되는 현상이 발생할 수 있다.
그러나, 본 발명에 따른 스위칭 회로는, 각각 게이트-소스 전압(Vgs) 및 바디-소스 전압(Vbs)이 음의 전압을 가지며, 이를 통해 복수의 스위치 소자 각각을 턴 오프시킴으로써, 완벽한 턴 오프 상태를 만들 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 스위칭 회로는, 이로써 복수의 스위치 소자가 턴 오프 상태일 때는 음의 전압을 이용함으로써 선형성을 개선할 수 있으며, 또한, 복수의 스위치 소자가 게이트 두께가 2.2nm 이하의 씬 게이트 바디 컨택트형 스위치 소자를 이용함으로써 게이트로 누설되는 전류를 막아 스위치를 정상 동작시킬 수 있으며, Ron이 작아져 손실이 감소할 수 있다.
또한 별도의 부전압 생성 회로를 포함하지 않아도 되므로, 칩(chip)의 크기 면에서도 유리한 장점이 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위칭 회로는, 기준 전압부(200)가 저항 소자를 통해 기준 전압을 설정하는 것이 아닌, 전압 생성부(300)로부터 생성된 제2 제어 전압을 인가받아 상기 기준 전압을 설정할 수도 있다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 회로의 하모닉 특성을 나타낸 그래프이다.
도4를 참조하면, 본 발명에 따른 스위칭 회로의 하모닉 특성(실선)이 종래 기술에 따른 스위칭 회로의 하모닉 특성(점선) 보다 10dBc 이상 개선되는 것을 알 수 있다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 스위치를 나타낸 블록도이다.
도6은 도5에 도시한 고주파 스위치를 보다 상세하게 나타낸 회로도이다.
도5를 참조하면, 본 발명에 따른 고주파 스위치는, 공통 포트(10), 제1 스위치부(400), 제2 스위치부(600), 제1 기준 전압부(500) 및 제2 기준 전압부(700)를 포함할 수 있다.
상기 공통 포트(10)는 안테나와 접속하여 고주파 신호를 송수신할 수 있다.
상기 제1 스위치부(400)는 상기 공통 포트(10)와 제1 포트(11) 사이에서 서로 직렬 연결되는 복수의 제1 바디 컨택트형 스위치 소자 및 제1 전압 생성부(410)를 포함할 수 있다.
상기 복수의 제1 바디 컨택트형 스위치 소자의 일 실시예는 MOSFET이 될 수 있다. 상기 제1 스위치부(400)를 구성하는 MOSFET의 수는 스위칭 회로에 요구되는 내압에 의해 적당히 변경이 가능하다. 또한, 상기 복수의 MOSFET은 각각 소스 단자와 드레인 단자를 가지며, 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, 상기 복수의 제1 바디 컨택트형 스위치 소자 각각은 바디가 각각 바디 저항을 통해 제1 공통 바디단(BODY_1)과 연결될 수 있으며, 상기 제1 공통 바디단(BODY_1)은 제1 전압 생성부(410)와 연결될 수 있다.
즉, 상기 복수의 제1 바디 컨택트형 스위치 소자는 바디 컨택트형 FET이며, 이때, 바디 저항을 마련하는 것은 바디 영역으로부터의 누설 전력으로 인한 손실을 감소시키기 위함이다.
한편, 상기 복수의 제1 바디 컨택트형 스위치 소자의 게이트 단자와 제1 공통 제어단(GATE_1) 사이에는 각각 게이트 저항이 마련될 수 있다.
상기 복수의 제1 바디 컨택트형 스위치 소자는 신호 입력단(IN)과 제1 포트(11) 사이의 신호 전달 경로를 스위칭 동작을 수행하여 도통 또는 차단할 수 있다.
한편, 상기 복수의 제1 바디 컨택트형 스위치 소자 각각은 씬(thin) 게이트로 구성될 수 있으며, 이때, 씬 게이트의 두께는 2.2nm 이하일 수 있다.
상기 제1 전압 생성부(410)는 제1 공통 제어단(GATE_1)과 제1 공통 바디단(BODY_1) 사이에 접속될 수 있다. 도6을 참조하면, 상기 제1 전압 생성부(410)는 서로 직렬 연결되는 제1 및 제2 저항 소자(R3, R4)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 전압 생성부(410)는 제1 공통 제어단(GATE_1)으로부터 제공받은 전압을 상기 제1 및 제2 저항 소자(R3, R4)의 저항값에 따라 분배하여 상기 제1 공통 바디단(BODY_1)으로 제공할 수 있다.
상기 제2 스위치부(600)는 상기 공통 포트(10)와 제2 포트(12) 사이에서 서로 직렬 연결되는 복수의 제2 바디 컨택트형 스위치 소자 및 제2 전압 생성부(610)를 포함할 수 있다.
상기 복수의 제2 바디 컨택트형 스위치 소자의 일 실시예는 MOSFET이 될 수 있다. 상기 제2 스위치부(600)를 구성하는 MOSFET의 수는 스위칭 회로에 요구되는 내압에 의해 적당히 변경이 가능하다. 또한, 상기 복수의 MOSFET은 각각 소스 단자와 드레인 단자를 가지며, 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, 상기 복수의 제2 바디 컨택트형 스위치 소자 각각은 바디가 각각 바디 저항을 통해 제2 공통 바디단(BODY_2)과 연결될 수 있으며, 상기 제2 공통 바디단(BODY_2)은 제2 전압 생성부(610)와 연결될 수 있다.
즉, 상기 복수의 제2 바디 컨택트형 스위치 소자는 바디 컨택트형 FET이며, 이때, 바디 저항을 마련하는 것은 바디 영역으로부터의 누설 전력으로 인한 손실을 감소시키기 위한 것은 상술한 바와 같다.
한편, 상기 복수의 제2 바디 컨택트형 스위치 소자의 게이트 단자와 제2 공통 제어단(GATE_2) 사이에는 각각 게이트 저항이 마련될 수 있다.
상기 복수의 제2 바디 컨택트형 스위치 소자는 신호 입력단(IN)과 제2 포트(12) 사이의 신호 전달 경로를 스위칭 동작을 수행하여 도통 또는 차단할 수 있다.
한편, 상기 복수의 제2 바디 컨택트형 스위치 소자 각각은 씬(thin) 게이트로 구성될 수 있으며, 이때, 씬 게이트의 두께는 2.2nm 이하일 수 있다.
상기 제2 전압 생성부(610)는 제2 공통 제어단(GATE_2)과 제2 공통 바디단(BODY_2) 사이에 접속될 수 있다. 도6을 참조하면, 상기 제2 전압 생성부(610)는 서로 직렬 연결되는 제3 및 제4 저항 소자(R5, R6)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제2 전압 생성부(610)는 제2 공통 제어단(GATE_2)으로부터 제공받은 전압을 상기 제3 및 제4 저항 소자(R5, R6)의 저항값에 따라 분배하여 상기 제2 공통 바디단(BODY_2)으로 제공할 수 있다.
제1 기준 전압부(500)는 상기 제1 스위치부(400)와 상기 제1 포트(11) 사이에서 제1 기준 전압을 제공할 수 있다. 제2 기준 전압부(700)는 상기 제2 스위치부(600)와 상기 제2 포트(12) 사이에서 제2 기준 전압을 제공할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 고주파 스위치의 다른 실시예로는 상기 제1 기준 전압부(500)는, 상기 제1 전압 생성부(410)로부터 출력되는 전압을 제공받아 상기 제1 기준 전압을 설정할 수도 있다. 마찬가지로 상기 제2 기준 전압부(700)는, 상기 제2 전압 생성부(610)로부터 출력되는 전압을 제공받아 상기 제2 기준 전압을 설정할 수도 있다.
본 실시형태에 따른 고주파 스위치의 동작에 대해 설명하기로 한다.
제1 스위치부(400)가 온 포트이며, 제2 스위치부(600)가 오프 포트인 경우 대해 설명한다. 또한, 제1 스위치부(400)가 오프 포트이며, 제2 스위치부(600)가 온 포트인 경우에도 동일하게 고려될 수 있다(이 경우 설명은 생략하기로 한다.).
제1 공통 제어단(GATE_1)에 하이 레벨의 제어 전압이 인가되면, 제1 스위치부(400)에 포함되는 복수의 제1 바디 컨택트형 스위치 소자 모두가 도통된다. 이에 따라, 제1 스위치부(400)는 온 포트가 되어, 제1 포트(11)에서 입력되는 신호가 공통 포트(10)를 통해 안테나로 전달될 수 있다.
이때, 제1 공통 제어단(GATE_1)로부터의 전압을 제3 및 제4 저항 소자(R3, R4)의 저항값에 따라 분배하여 생성되는 전압을 Vb_1라고 하면, Vb_1은 하기의 수식 1과 같다.
[수식 4]
Vb_1 = {R3/(R2+R3)} * 제1 제어 전압(Vg)
이때, 상기 제1 저항 소자(R2) 및 제2 저항 소자(R3)의 저항값은 상기 제2 제어 전압(Vb)이 적어도 하나의 저항 소자에 의해 제공되는 기준 전압과 전압 차가 없도록 사전에 설정될 수 있다. 이렇게 되는 경우, 상기 기준 전압과 상기 Vb_2의 전압 레벨간의 전압 차가 발생하지 않을 수 있다.
따라서, 제1 스위치부(400)의 제1 공통 바디단(BODY_1)으로 제공되는 전압(Vb_1)이 상기 제1 기준 전압과 전압 차이가 발생하지 않도록 상기 제1 및 제2 저항 소자(R3, R4)의 저항값을 설정할 수 있다.
이렇게 되면, 제1 공통 바디단(BODY_1)에 고주파 신호가 흐르지 않을 수 있으며, 이때, 상기 제1 스위치부(400)의 복수의 제1 바디 컨택트형 스위치 소자는 정상적으로 턴 온 될 수 있다.
한편, 제2 공통 제어단(GATE_2)에는 로우 레벨의 제어 전압이 입력되기 때문에, 제2 스위치부(600)의 모든 복수의 제2 바디 컨택트형 스위치 소자는 차단 상태가 된다. 이에 따라, 제2 스위치부(600)는 오프 포트가 되므로, 제2 포트(12)에 신호가 입력되더라도 그 신호가 공통 포트(10)를 통해 안테나에 전달되지 않는다.
제2 전압 생성부(610)는, 제2 스위치부(600)의 제2 공통 제어단(GATE_2)으로부터 제공받은 전압을 제3 저항 소자(R5) 및 제4 저항 소자(R6)의 저항값에 따라 분배하여 제2 공통 바디단(BODY_2)에 제공할 수 있다.
이때, 제2 공통 바디단(BODY_2)에 제공되는 전압을 Vb_2라고 하면, 상기 Vb_2의 전압 레벨이 제2 기준 전압의 전압 레벨과 전압차가 없도록 상기 제3 및 제4 저항 소자(R5, R6)의 저항값이 결정될 수 있다.
상기 제2 스위치부(600)에 포함되는 복수의 제2 바디 컨택트형 스위치 소자 모두가 턴 오프 되는 경우에는, 제2 기준 전압이 Vb_2의 전압 레벨보다 큰 값이므로, 상기 제2 바디 컨택트형 스위치 소자 각각의 게이트-소스 전압(Vgs) 및 바디-소스 전압(Vbs)은 음의 값을 갖게 된다.
이때, 상기 복수의 제2 바디 컨택트형 스위치 소자 각각의 게이트-소스 전압(Vgs)은 하기의 수식 5와 같다. 또한, 상기 복수의 제2 바디 컨택트형 스위치 소자 각각의 바디-소스 전압(Vbs)는 하기의 수식 6과 같다.
[수식 5]
게이트-소스 전압(Vgs) = 제2 공통 제어단(GATE_2)로부터 제공되는 전압 - 제2 기준 전압
[수식 6]
바디-소스 전압(Vbs) = 제2 기준 전압 - 제2 공통 바디단(BODY_2)에 제공되는 전압(Vb_2)
이 경우, 종래 기술에 따라, 복수의 제2 바디 컨택트형 스위치 소자 각각이 0V로 턴 오프 되는 경우, 미세하게 턴 온되는 경우가 발생되어, 상기 복수의 스위치 소자를 포함하는 스위칭 회로의 선형성이 열화되는 현상이 발생할 수 있다.
그러나, 본 발명에 따른 고주파 스위치는, 복수의 제2 바디 컨택트형 스위치 소자 각각 게이트-소스 전압(Vgs) 및 바디-소스 전압(Vbs)이 음의 전압을 가지며, 이를 통해 복수의 제2 바디 컨택트형 스위치 소자 각각을 턴 오프시킴으로써, 완벽한 턴 오프 상태를 만들 수 있다.
한편, 본 실시형태에 따른 고주파 스위치는, 상술한 동작에 의해 포트의 전환을 행할 수 있다.
도7은 도6에 도시한 고주파 스위치에서 션트부를 추가한 회로도이다.
도7을 참조하면, 본 발명에 따른 고주파 스위치는 제1 션트부(800) 및 제2 션트부(900)를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 션트부(800)는 상기 제2 포트(12)와 상기 제2 스위치부(600) 사이에 접속되어 상기 제2 포트(12)와 접지 사이의 신호 전달 경로를 도통 또는 차단할 수 있다. 이때, 상기 제1 션트부(800)는 서로 직렬 연결되는 복수의 제1 바디 컨택트형 스위치 소자를 포함할 수 있다. 상기 제1 션트부(800)는 제2 스위치부(600)의 제2 공통 제어단(GATE_2)과 동일한 제어 전압을 인가받아 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
상기 제2 션트부(900)는 상기 제1 포트(11)와 상기 제1 스위치부(400) 사이에 접속되어 상기 제1 포트(11)와 접지 사이의 신호 전달 경로를 도통 또는 차단할 수 있다. 이때, 상기 제2 션트부(900)는 서로 직렬 연결되는 복수의 제2 바디 컨택트형 스위치 소자를 포함할 수 있다. 상기 제2 션트부(900)는 제1 스위치부(400)의 제1 공통 제어단(GATE_1)과 동일한 제어 전압을 인가받아 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 스위치 회로부
200: 기준 전압부
300: 전압 생성부
400: 제1 스위치부
500: 제1 기준 전압부
600: 제2 스위치부
700: 제2 기준 전압부
800: 제1 션트부
900: 제2 션트부
200: 기준 전압부
300: 전압 생성부
400: 제1 스위치부
500: 제1 기준 전압부
600: 제2 스위치부
700: 제2 기준 전압부
800: 제1 션트부
900: 제2 션트부
Claims (14)
- 서로 직렬 연결되는 복수의 스위치 소자를 포함하는 스위치 회로부;
상기 스위치 회로부와 신호 입력단 사이에 접속되고, 사전에 설정된 기준 전압을 제공하는 기준 전압부; 및
상기 스위치 회로부에 제공되는 게이트 전압을 사전에 설정된 크기로 분배하여 상기 기준 전압에 대응되는 제2 제어 전압을 생성하고, 상기 제2 제어 전압을 상기 복수의 스위치 소자 각각의 바디에 제공하는 전압 생성부; 를 포함하는 스위칭 회로.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 스위치 소자 각각의 제어단과 공통 제어단 사이에 각각 접속되는 복수의 게이트 저항을 더 포함하며,
상기 복수의 스위치 소자 각각은 상기 게이트 전압을 상기 복수의 게이트 저항을 통해 제공받는 스위칭 회로.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 스위치 소자 각각의 바디와 공통 바디단 사이에 각각 접속되는 복수의 바디 저항을 더 포함하며,
상기 복수의 스위치 소자 각각은 상기 제2 제어 전압을 상기 복수의 바디 저항을 통해 제공받는 스위칭 회로.
- 제1항에 있어서, 상기 기준 전압부는,
적어도 하나의 저항 소자를 포함하는 스위칭 회로.
- 제1항에 있어서, 상기 전압 생성부는,
서로 직렬 연결되는 제1 및 제2 저항 소자를 포함하고,
제1 제어 전압을 상기 제1 및 제2 저항 소자의 저항값에 따라 분배하여 상기 제2 제어 전압을 생성하는 스위칭 회로.
- 제1항에 있어서, 상기 기준 전압부는,
상기 전압 생성부로부터 제2 제어 전압을 제공받아 상기 기준 전압을 설정하는 스위칭 회로.
- 제1항에 있어서, 상기 복수의 스위치 소자 각각은,
MOSFET(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor)이며, 상기 MOSFET의 게이트 두께는 2.2nm 이하인 것을 특징으로 하는 스위칭 회로.
- 안테나와 접속하여 고주파 신호를 송수신하는 공통 포트;
상기 공통 포트와 제1 포트 사이에서 서로 직렬 연결되는 복수의 제1 바디 컨택트형 스위치 소자를 갖는 제1 스위치부;
상기 공통 포트와 제2 포트 사이에서 서로 직렬 연결되는 복수의 제2 바디 컨택트형 스위치 소자를 갖는 제2 스위치부;
상기 제1 스위치부와 상기 제1 포트 사이에서 제1 기준 전압을 제공하는 제1 기준 전압부; 및
상기 제2 스위치부와 상기 제2 포트 사이에서 제2 기준 전압을 제공하는 제2 기준 전압부; 를 포함하고,
상기 제1 스위치부는, 상기 복수의 제1 바디 컨택트형 스위치 소자의 제1 공통 제어단으로부터 제공받은 전압을 상기 제1 기준 전압과 전압 차가 없도록 사전에 설정된 저항값에 따라 분배하여 상기 복수의 제1 바디 컨택트형 스위치 소자의 제1 공통 바디단에 제공하며,
상기 제2 스위치부는, 상기 복수의 제2 바디 컨택트형 스위치 소자의 제2 공통 제어단으로부터 제공받은 전압을 상기 제2 기준 전압과 전압 차가 없도록 사전에 설정된 저항값에 따라 분배하여 상기 복수의 제2 바디 컨택트형 스위치 소자의 제2 공통 바디단에 제공하는 고주파 스위치.
- 제8항에 있어서, 상기 제1 스위치부는,
상기 제1 공통 제어단과 상기 제1 공통 바디단 사이에 접속되는 제1 전압 생성부; 더 포함하고,
상기 제2 스위치부는, 상기 제2 공통 제어단과 상기 제2 공통 바디단 사이에 접속되는 제2 전압 생성부; 더 포함하는 고주파 스위치.
- 제9항에 있어서, 상기 제1 전압 생성부는,
서로 직렬 연결되는 제1 및 제2 저항 소자를 포함하고, 상기 제1 공통 제어단으로부터 제공받은 전압을 상기 제1 및 제2 저항 소자의 저항값에 따라 분배하여 상기 제1 공통 바디단에 제공하며,
상기 제2 전압 생성부는, 서로 직렬 연결되는 제3 및 제4 저항 소자를 포함하고, 상기 제2 공통 제어단으로부터 제공받은 전압을 상기 제3 및 제4 저항 소자의 저항값에 따라 분배하여 상기 제2 공통 바디단에 제공하는 고주파 스위치.
- 제8항에 있어서, 상기 제1 및 제2 기준 전압부 각각은,
적어도 하나의 저항 소자를 포함하는 고주파 스위치.
- 제9항에 있어서, 상기 제1 기준 전압부는,
상기 제1 전압 생성부로부터 출력되는 전압을 제공받아 상기 제1 기준 전압을 설정하고,
상기 제2 기준 전압부는, 상기 제2 전압 생성부로부터 출력되는 전압을 제공받아 상기 제2 기준 전압을 설정하는 고주파 스위치.
- 제8항에 있어서,
상기 제2 포트와 상기 제2 스위치부 사이에 접속되어 상기 제2 포트와 접지 사이의 신호 전달 경로를 도통 또는 차단하는 제1 션트부; 및
상기 제1 포트와 상기 제1 스위치부 사이에 접속되어 상기 제1 포트와 접지 사이의 신호 전달 경로를 도통 또는 차단하는 제2 션트부; 를 더 포함하는 고주파 스위치.
- 제8항에 있어서, 상기 복수의 제1 및 제2 바디 컨택트형 스위치 소자 각각은,
MOSFET(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor)이며, 상기 MOSFET의 게이트 두께는 2.2nm 이하인 것을 특징으로 하는 고주파 스위치.
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