KR20060049307A - 고주파 스위치 회로 장치 - Google Patents

고주파 스위치 회로 장치 Download PDF

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KR20060049307A
KR20060049307A KR1020050100133A KR20050100133A KR20060049307A KR 20060049307 A KR20060049307 A KR 20060049307A KR 1020050100133 A KR1020050100133 A KR 1020050100133A KR 20050100133 A KR20050100133 A KR 20050100133A KR 20060049307 A KR20060049307 A KR 20060049307A
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가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
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Abstract

입력 단자를 포함하고, 한쪽의 출력 단자로부터 다른 쪽의 출력 단자로의 고주파 신호의 전송에 있어서 전송 손실을 저감한다. 입력 단자(1)와 출력 단자(6)가 분포 정수 소자(2, 4)를 거쳐 접속되고, 반도체(3, 5)의 온/오프 동작에 의해 이들 입력 단자(1) 및 출력 단자(6) 사이의 온/오프가 제어 가능하다. 또한, 입력 단자(1)와 출력 단자(15)가 분포 정수 소자(11, 13)을 거쳐 접속되고, 반도체(12, 14)의 온/오프 동작에 의해 이들 입력 단자(1) 및 출력 단자(15) 사이의 온/오프가 제어 가능하여, 입력 단자(1)와 출력 단자(6, 15)중 어느 한쪽의 고주파 신호의 입출력이나, 출력 단자(6, 15)중 어느 한쪽으로부터 다른 쪽에의 고주파 신호의 입출력을 할 수 있다. 입력 단자(1)에는 선단을 개방한 전송 선로에 의한 분포 정수 소자(21)가 접속되어 있고, 이들 입력 단자(1)와 분포 정수 소자(21)에 의한 전송 선로를 합친 길이가 약 λ/2의 정수배가 되도록 한다.
스위치, 고주파 스위치, 무선 통신

Description

고주파 스위치 회로 장치{HIGH-FREQUENCY SWITCH CIRCUIT DEVICE}
도 1은 본 발명에 의한 고주파 스위치 회로 장치의 제 1 실시형태의 회로 구성을 나타내는 회로도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 회로가 기판상에 형성되어 생기는 본 발명에 의한 고주파 스위치 회로 장치의 제 1 실시형태를 나타내는 구성도이다.
도 3은 도 2에 나타내는 제 1 실시형태에서의 주파수 50~70 GHz의 고주파 신호의 전송 손실의 계산값을 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명에 의한 고주파 스위치 회로 장치의 제 2 실시형태의 회로 구성을 나타내는 회로도이다.
도 5는 도 4에 나타내는 회로가 기판상에 형성되어 생기는 본 발명에 의한 고주파 스위치 회로 장치의 제 2 실시형태를 나타내는 구성도이다.
도 6은 도 5에 나타내는 제 2 실시형태에서의 주파수 50~70 GHz의 고주파 신호의 전송 손실의 계산값을 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명에 의한 고주파 스위치 회로 장치의 제 3 실시형태의 회로 구성을 나타내는 회로도이다.
도 8은 도 7에 나타내는 회로가 기판상에 형성되어 생기는 본 발명에 의한 고주파 스위치 회로 장치의 제 3 실시형태를 나타내는 구성도이다.
도 9는 도 8에 나타내는 제 3 실시형태에서의 주파수 50~70 GHz의 고주파 신호의 전송 손실의 계산값을 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명에 의한 고주파 스위치 회로 장치의 제 4 실시형태의 회로 구성을 나타내는 회로도이다.
도 11은 도 10에 나타내는 회로가 기판상에 형성되어 생기는 본 발명에 의한 고주파 스위치 회로 장치의 제 4 실시형태를 나타내는 구성도이다.
도 12는 도 11에 나타내는 제 4 실시형태에서의 주파수 50~70 GHz의 고주파 신호의 전송 손실의 계산값을 도시하는 도면이다.
도 13은 종래의 고주파 스위치 회로 장치의 일례의 회로 구성을 나타내는 등가 회로도이다.
도 14는 도 13에 나타내는 도 10에 나타내는 회로가 기판상에 형성되어 생기는 고주파 스위치 회로 장치를 나타내는 구조도이다.
도 15는 도 14에 나타내는 고주파 스위치 회로 장치의 고주파 특성의 계산값을 도시하는 도면이다.
도 16은 도 14에 나타내는 고주파 스위치 회로 장치를 온/오프 회로로서 동작시켰을 때의 고주파 특성의 계산값을 도시하는 도면이다.
본 발명은 무선통신 장치나 화상전송 장치 등에 이용되는 고주파 스위치 장치에 관한 것으로서, 특히 하나의 입력 단자와 복수의 출력 단자, 혹은 하나의 출력 단자와 복수의 입력 단자를 구비한 고주파 스위치 장치에 관한 것이다.
무선통신 장치나 화상전송 장치 등에 이용되는 고주파 회로 장치 중에서도 안테나 전환 스위치나 신호의 변조 회로 등은 기능이 다르기 때문에, 공용하는 것이 극히 어렵고, 탑재하는 반도체 칩 수의 저감이나 간소화의 관점에서 기능의 공용화가 중요한 과제가 되고 있다.
종래의 무선통신 장치나 화상전송 장치 등에 이용되는 고주파 회로 장치 중에서도, 반도체 안테나 전환 스위치의 일례로서, 전송 선로에 의한 분포 정수 소자나 커패시터, 다이오드를 반도체 기판의 동일면상에 형성하여, 하나의 입력 단자와 2개의 출력 단자를 갖춘 반도체 스위치 회로의 구조로 하는 것이 알려져 있다(예컨대, 1998년 IEEE GaAs IC Symposium「77 GHz High Isolation Coplanar Transmit-Receive Switch Using InGaAs/InP PIN Diodes」 참조).
이것은 2개의 출력 단자가 각각 전송 선로에 의한 분포 정수 소자나 다이오드, 커패시터를 경유하여 접속된 중앙의 점으로부터 전송 선로에 의한 분포 정수 소자에 의해 입력 단자에 접속되어 있다.
이러한 구성은 전송 선로에 의한 분포 정수 소자가 입출력 단자에 접속되는 시스템 임피던스와 같아지도록, 선로 폭이 설계되어 있다. 하나의 입력 단자에 고주파 신호원을, 또한 2개의 출력 단자에 각각 저항 부하를 접속하면, 다이오드의 온/오프에 의해 입력 단자로부터의 입력 고주파 신호가 2개의 출력 단자에 전환 출력된다. 그러나, 출력 단자의 한쪽에 고주파 신호원을 접속하고, 다른 쪽의 출력 단자에 저항 부하를 접속하여 입력되는 고주파 신호를 온/오프하는 경우 입력 단자와 입력 단자까지의 전송 선로에 의한 분포 정수 소자에 의해 고주파 신호의 일부가 반사되어 고주파 신호의 손실이 증가한다.
상기 인용문헌에 기재된 기술에서는, 하나의 입력 단자와 2개의 출력 단자를 갖춘 반도체 스위치 회로를 한쪽의 출력 단자에 고주파 신호원을 접속하고 다른 쪽의 출력 단자에 저항 부하를 접속하여 고주파 신호를 온/오프하는 회로로서 이용함에 있어서, 입력 단자와 입력 단자까지의 전송 선로에 의한 분포 정수 소자가 불필요해진다. 그러나, 하나의 입력 단자와 2개의 출력 단자를 갖춘 반도체 스위치 회로로서, 입력 단자와 입력 단자까지의 전송 선로에 의한 분포 정수 소자는 필수이며, 입력 단자와 입력 단자까지의 전송 선로에 의한 분포 정수 소자를 소형화하여 전송 선로에 의한 분포 정수 소자의 고주파 신호의 손실을 저감하기에는 한계가 있다.
도 13은 전송 선로에 의한 분포 정수 소자와 저항, 커패시터의 집중 정수 소자와 반도체를 갖고, 적어도 하나의 입력 단자와 2개 이상의 출력 단자를 갖춘 반 도체 스위치 회로 장치의 일반적인 회로 구성을 나타내는 등가 회로도이다.
같은 도면에 있어서, 입력 단자(1)와 대략 λ/4의 홀수배의 전송 선로에 의한 분포 정수 소자(2)와 대략 λ/4의 짝수배의 전송 선로에 의한 분포 정수 소자(4)와 한쪽의 출력 단자(6)가 순서대로 접속되어 있고, 분포 정수 소자(2, 4)에는 온/오프 동작을 하는 반도체(3)가, 분포 정수 소자(4)와 한쪽의 출력 단자(6)에는 온/오프 동작을 하는 반도체(5)가 각각 접속되어 있다. 반도체(3, 5)를 제어하기 위한 저항(7, 8)은 제어 단자(9)에 접속되고, 또한, 칩 커패시터(10)에 의해 접지되어 있다. 또한, 입력 단자(1)와 대략 λ/4의 홀수배의 전송 선로에 의한 분포 정수 소자(11)와 대략 λ/4의 짝수배의 전송 선로에 의한 분포 정수 소자(13)와 다른 쪽의 출력 단자(15)가 순서대로 접속되어 있고, 분포 정수 소자(11, 13)에는 온/오프 동작을 하는 반도체(12)가, 분포 정수 소자(13)와 다른 쪽의 출력 단자(15)에는 온/오프 동작을 하는 반도체(14)가 각각 접속되어 있다. 반도체(12, 14)를 제어하기 위한 저항(16, 17)은 제어 단자(18)에 접속되고, 또한, 칩 커패시터(19)에 의해 접지되어 있다.
도 14는 도 13에 나타내는 회로를 반도체 기판상에 형성한 반도체 스위치 회로 장치의 일례를 도시하는 도면이다.
같은 도면에 있어서, 반도체 기판(20)의 비유전률을 13.5, 두께를 0.08mm로 하고, 분포 정수 소자(2, 4, 11, 13)의 전송 선로폭을 0.054mm, 저항(7, 8, 16, 17)을 100Ω, 칩 커패시터(10, 19)를 100pF, 입력 단자(1) 및 출력 단자(6, 15)의 치수를 0.1×0.12mm로 하고 있다.
도 15는 도 14에 나타내는 구조의 반도체 스위치 회로 장치에서 주파수50~70 GHz의 고주파 신호를 전송했을 때 전송 손실의 계산값을 나타내는 그래프이다.
같은 도면에 있어서, 곡선(15-1)은 반도체(3, 5)의 온(on) 저항을 2Ω으로 하고, 반도체(12, 14)의 오프(off) 저항을 2kΩ으로 했을 때 입력 단자(1)로부터 출력 단자(15)로의 고주파 신호의 전송 손실을, 곡선(15-2)은 같은 조건에서의 입력 단자(1)에서의 고주파 신호의 반사 손실을, 곡선(15-3)은 입력 단자(1)로부터 출력 단자(6)로의 고주파 신호의 전송 손실, 즉 아이솔레이션을 각각 나타낸다. 또한, 곡선(15-4)은 반도체(3, 5)의 온 저항을 2Ω으로 하고, 반도체(12, 14)의 오프 저항을 2kΩ으로 하고, 입력 단자(1) 및 출력 단자(6, 15)의 치수를 0.074×0.02mm로 극히 작게 했을 때, 입력 단자(1)로부터 출력 단자(15)로의 고주파 신호의 전송 손실을, 곡선(15-5)은 같은 조건에서의 입력 단자(1)에서의 고주파 신호의 반사 손실을, 곡선(15-6)은 입력 단자(1)로부터 출력 단자(6)로의 고주파 신호의 전송 손실, 즉 아이솔레이션을 각각 나타낸다.
도 15에 의해 알 수 있는 바와 같이, 고주파 신호를 전환하는 고주파 스위치 회로로서 이용하는 경우에는 입력 단자(1) 및 출력 단자(6, 15)의 치수가 극히 작아지면, 입력 단자(1)에서의 고주파 신호의 반사 손실은 감소하지만, 고주파 신호의 전송 손실에는 영향이 적고, 외부와 접속하기 위해서는 삭제하는 것은 할 수 없다.
도 16은 도 14에 나타내는 구조의 반도체 스위치 회로 장치에서 입력 단자(1)를 개방하고 한쪽의 출력 단자(6)로부터 다른 쪽의 출력 단자(15)로 주파수 50~70 GHz의 고주파 신호를 전송했을 때 전송 손실의 계산값을 나타내는 그래프이다.
같은 도면에 있어서, 곡선(16-1)은 반도체(3, 5)의 오프 저항을 2kΩ으로 하고, 반도체(12, 14)의 오프 저항을 2kΩ으로 했을 때, 출력 단자(6)로부터 출력 단자(15)로의 고주파 신호의 전송 손실을, 곡선(16-2)은 같은 조건에서의 출력 단자(6)에서의 고주파 신호의 반사 손실을 나타내고, 곡선(16-3)은 반도체(3, 5)의 온 저항을 2Ω으로 하고, 반도체(12, 14)의 온 저항을 2Ω으로 했을 때, 출력 단자(6)로부터 출력 단자(15)로의 고주파 신호의 전송 손실, 즉 아이솔레이션을 나타낸다. 곡선(16-4)은 반도체(3, 5)의 오프 저항을 2kΩ으로 하고, 반도체(12, 14)의 오프 저항을 2kΩ으로 하고, 입력 단자(1) 및 출력 단자(6, 15)의 치수를 0.074×0.02mm로 극히 작게 했을 때, 입력 단자(1)를 개방하고 출력 단자(6)로부터 출력 단자(15)로의 고주파 신호의 전송 손실을, 곡선(16-5)은 같은 조건에서의 출력 단자(6)에서의 고주파 신호의 반사 손실을, 곡선(16-6)은 반도체(3, 5)의 온 저항을 2Ω으로 하고, 반도체(12, 14)의 온저항을 2Ω으로 하고 입력 단자(1) 및 출력 단자(6, 15)의 치수를 0.074×0.02mm로 작게 했을 때, 입력 단자(1)를 개방하고 출력 단자(6)로부터 출력 단자(15)로의 고주파 신호의 전송 손실, 즉 아이솔레이션을 각각 도시하는 도면이다.
도 16에 의해 알 수 있는 바와 같이, 종래의 고주파 신호를 전환하는 고주파 스위치 회로를 고주파 신호의 온/오프 회로로서 이용하면, 출력 단자(6)에서 주파수 57~65 GHz에 있어서의 고주파 신호의 반사 손실이 입력 단자(1)에서의 반사 등 에 의해 7dB 이하로 떨어진다. 그러나, 입력 단자(1) 및 출력 단자(6, 15)의 치수가 극히 작아지면, 출력 단자(6)로부터 출력 단자(15)로의 고주파 신호의 전송 손실에 대한 영향은 감소하여, 출력 단자(6)에서 고주파 신호의 반사 손실은 20dB 이상으로 증가하고, 출력 단자(6)로부터 출력 단자(15)로의 고주파 신호의 전송 손실은 약 2.1dB 이하가 된다. 그러나, 고주파 신호의 반사 손실이나 전송 손실은 저감하지만, 입력 단자(1)를 이용하는 기능과 공용시키기 위해서 입력 단자(1)는 외부와 접속하므로, 없앨 수는 없고, 입력 단자(1)가 존재함으로써 출력 단자(6)로부터 출력 단자(15)로의 고주파 신호의 전송 손실은 증가해 버린다. 이 때문에, 안테나 전환 스위치나 신호의 변조 회로 등은 기능이 다르기 때문에, 이와 같이 공용하는 것이 극히 어렵다.
본 발명의 목적은 이러한 문제를 해결하여, 입력 단자를 포함하면서, 한 쪽의 출력 단자로부터 다른 쪽의 출력 단자로의 고주파 신호의 전송에 있어서 전송 손실을 저감할 수 있는 고주파 스위치 회로 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 전송 선로에 의한 분포 정수 소자, 저항과 커패시터인 집중 정수 소자 및 반도체를 갖고, 적어도 하나의 입력 단자와 2개 이상의 출력 단자를 구비한 고주파 스위치 회로 장치로, 입력 단자에 선단을 개방 또는 단락한 전송 선로에 의한 분포 정수 소자를 접속하여, 입력 단자와 분포 정수 소자로서의 선단을 개방한 전송 선로와의 합계의 길이를 약 λ/2의 정수배, 또는 입력 단자와 분포 정수 소자로서의 선단이 단락한 전송 선로와의 합계의 길이를 약 λ/4 + λ/2의 정수배로 한 것이다.
또한, 한쪽의 출력 단자를 신호의 입력 포트로 하고, 다른 쪽의 출력 단자를 신호의 출력 포트로 한 것이다.
또한, 입력 단자에 접속한 선단을 개방 또는 단락한 전송 선로에 의한 분포 정수 소자를, 유전체 기판상 또는 반도체 기판상에 형성한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 전송 선로에 의한 분포 정수 소자와 저항, 커패시터의 집중 정수 소자와 반도체를 갖고, 적어도 하나의 출력 단자와 2개 이상의 입력 단자를 갖춘 반도체 스위치 회로 장치로, 출력 단자에 선단을 개방 또는 단락한 전송 선로에 의한 분포 정수 소자를 접속하여, 출력 단자와 분포 정수 소자로서의 선단을 개방한 전송 선로와의 합계의 길이를 약 λ/2의 정수배, 또는 출력 단자와 분포 정수 소자로서의 선단이 단락한 전송 선로와의 합계의 길이를 약 λ/4 + λ/2의 정수배로 한 것이다.
또한, 본 발명은 한쪽의 입력 단자를 신호의 입력 포트로 하고, 다른 쪽의 입력 단자를 신호의 출력 포트로 한 것이다.
또한, 본 발명은 출력 단자에 접속한 상기 선단을 개방 또는 단락한 전송 선로에 의한 분포 정수 소자를, 유전체 기판상 또는 반도체 기판상에 형성한 것이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 이용하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 고주파 스위치 회로 장치의 제 1 실시형태의 회로 구성을 나타내는 등가 회로도로서, 21은 분포 정수 소자이며, 도 13에 대응하는 부분 에는 동일 부호를 붙이고 있다.
같은 도면에 있어서, 입력 단자(1)와 약 λ/4의 홀수배의 전송 선로에 의한 분포 정수 소자(2)와 약 λ/4의 짝수배의 전송 선로에 의한 분포 정수 소자(4)와 한쪽의 출력 단자(6)가 순차적으로 직렬로 접속되어 있고, 분포 정수 소자(2, 4)에는 온/오프 동작을 하는 반도체(3)가, 분포 정수 소자(4)와 출력 단자(6)에는 온/오프 동작을 하는 반도체(5)가 각각 접속되어 있다. 이들 반도체(3, 5)를 제어하기 위한 저항(7, 8)이 제어 단자(9)에 접속되어 있음과 동시에, 칩 커패시터(10)에 의해 접지되어 있다. 또한, 입력 단자(1)와 약 λ/4의 홀수배의 전송 선로에 의한 분포 정수 소자(11), 약 λ/4의 짝수배의 전송 선로에 의한 분포 정수 소자(13) 및 다른 쪽의 출력 단자(15)가 순차적으로 직렬로 접속되어 있고, 전송 선로에 의한 분포 정수 소자(11)에는 온/오프 동작을 하는 반도체(12)가, 분포 정수 소자(13)와 출력 단자(15)에는 온/오프 동작을 하는 반도체(14)가 각각 접속되어 있다. 이들 반도체(12, 14)를 제어하기 위한 저항(16, 17)이 제어 단자(18)에 접속되어 있음과 동시에, 칩 커패시터(19)로 접지되어 있다. 또한, 입력 단자(1)에 선단을 개방한 전송 선로에 의한 분포 정수 소자(21)가 접속되어 있고, 이들 입력 단자(1)와 분포 정수 소자(21)에 의한 전송 선로를 합친 길이가 약 λ/2의 정수배가 되도록 하고 있다.
이러한 회로 구성에 있어서, 반도체(3, 5, 12, 14)를 온/오프 동작함으로써, 출력 단자(6, 15)중 어느 한쪽을 전환하여 선택하여, 입력 단자(1)로부터 입력된 고주파 신호를 선택한 출력 단자(6) 또는 (15)로부터 출력시킬 수 있음과 동시에, 출력 단자(6, 15)중 어느 한쪽을 입력 포트로 하고, 다른 쪽을 출력 포트로 하여, 이러한 입력 포트로부터 입력한 고주파 신호를 이러한 출력 포트로부터 출력시키도록 할 수도 있다. 더욱이, 출력 단자(6, 15)를 입력 포트로서 이용하고, 입력 단자(1)를 출력 포트로서 이용하도록 할 수도 있다. 이 경우에는 입력 포트가 2개 있어, 반도체(3, 5, 12, 14)의 온/오프 동작에 의해서 어느 한쪽의 입력 포트를 선택할 수 있다. 이것은 후술하는 다른 실시형태에 관해서도 마찬가지이다.
그리고, 이러한 회로 구성에 의하면, 출력 단자(6, 15)중 어느 한쪽을 입력 포트로 하고, 다른 쪽을 출력 포트로 하여, 이러한 입력 포트로부터 입력한 고주파 신호를 이러한 출력 포트로부터 출력시키도록 하는 경우, 입력 단자(1)와 분포 정수 소자(21)에 의한 전송 선로를 합친 길이를 약 λ/2의 정수배로 하면, 입력 단자(1)와 분포 정수 소자(21)에 의한 임피던스가 무한대가 되어, 고주파 신호의 입력 단자(1)로부터의 반사가 전송 손실에 미치는 영향이 없어진다.
도 2는 도 1에 나타내는 회로가 기판상에 형성되어 생기는 본 발명에 의한 고주파 스위치 회로 장치의 제 1 실시형태를 나타내는 구성도로서, 22는 기판이며, 도 1에 대응하는 부분에는 동일 부호를 붙여 중복되는 설명을 생략한다.
같은 도면에 있어서, 이 구체예는 선로폭이 0.094mm, 길이가 0.74mm이고 선단을 개방한 전송 선로에 의한 분포 정수 소자(21)를 비유전률이 10.5, 두께가 0.1mm인 세라믹의 기판(22) 상에 형성하고, 도 1에서의 다른 회로 부분을 반도체 기판(20)에 형성한 것이다. 반도체 기판(20)의 비유전률을 13.5, 두께를 0.08mm로 하고, 분포 정수 소자(2, 4, 11, 13)의 전송 선로 폭을 0.054mm로 하고, 저항(7, 8, 16, 17)을 100Ω으로 하고, 칩 커패시터(10, 19)를 100pF로 하고, 입력 단자(1) 및 출력 단자(6, 15)의 치수를 각각 0.1×0.12mm로 했다.
도 3은 도 2에서 설명한 구조의 제 1 실시형태에서 주파수 50~70 GHz에서의 고주파 신호의 전송 손실의 계산값을 도시하는 도면이다.
같은 도면에 있어서, 곡선(3-1)은 조건으로서, 입력 단자(1)에 분포 정수 소자(21)를 접속하고, 반도체(3, 5)의 오프 저항을 2kΩ으로 하고, 반도체(12, 14)의 오프 저항을 2kΩ으로 했을 때, 출력 단자(6)로부터 출력 단자(15)로의 고주파 신호의 전송 손실을 나타내는 그래프이고, 곡선(3-2)은 같은 조건으로 했을 때 출력 단자(6)에서의 고주파 신호의 반사 손실을 나타내는 그래프이다. 곡선(3-3)은 반도체(3, 5)의 온 저항을 2Ω으로 하고, 반도체(12, 14)의 온 저항을 2Ω으로 했을 때, 출력 단자(6)로부터 출력 단자(15)로의 고주파 신호의 전송 손실, 즉 아이솔레이션을 도시하는 도면이다.
도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 입력 단자(1)에 상기의 분포 정수 소자(21)를 접속함으로써, 출력 단자(6)에서의 주파수 57~65 GHz의 고주파 신호의 반사 손실이 12dB 이상이 되고, 출력 단자(6)로부터 출력 단자(15)로의(즉, 출력 단자를 입력 단자로서 이용한다) 고주파 신호의 전송 손실에서 입력 단자(1)에 의한 영향은 감소하고, 반도체(3, 5)의 오프 저항이 2kΩ일 때의 입력 단자(1)로부터 출력 단자(6)로의 고주파 신호의 전송 손실과 반도체(12, 14)의 오프 저항이 2kΩ일 때의 입력 단자(1)로부터 출력 단자(15)로의 고주파 신호의 전송 손실의 합계는 약 2.2dB 이하가 된다.
도 4는 본 발명에 의한 고주파 스위치 회로 장치의 제 2 실시형태의 회로 구성을 나타내는 등가 회로도로서, 23은 분포 정수 소자이며, 앞의 도면에 대응하는 부분에는 동일 부호를 붙이고 있다.
같은 도면에 있어서, 입력 단자(1), 약 λ/4의 홀수배의 전송 선로에 의한 분포 정수 소자(2), 약 λ/4의 짝수배의 전송 선로에 의한 분포 정수 소자(4) 및 한쪽의 출력 단자(6)가 순차적으로 직렬로 접속되어 있고, 분포 정수 소자(2, 4)에는 온/오프 동작을 하는 반도체(3)가, 분포 정수 소자(4)와 출력 단자(6)에는 온/오프 동작을 하는 반도체(5)가 각각 접속되어 있다. 반도체(3, 5)를 제어하기 위한 저항(7, 8)은 제어 단자(9)에 접속되어 있음과 동시에, 칩 커패시터(10)로 접지되어 있다.
또한, 입력 단자(1), 약 λ/4의 홀수배의 전송 선로에 의한 분포 정수 소자(11), 약 λ/4의 짝수배의 전송 선로에 의한 분포 정수 소자(13) 및 다른 쪽의 출력 단자(15)가 순차적으로 직렬로 접속되어 있고, 분포 정수 소자(11, 13)에는 온/오프 동작을 하는 반도체(12)가, 분포 정수 소자(13)와 출력 단자(15)에는 온/오프 동작을 하는 반도체(14)가 각각 접속되어 있다. 반도체(12, 14)를 제어하기 위한 저항(16, 17)은 제어 단자(18)에 접속되어 있음과 동시에, 칩 커패시터(19)로 접지되어 있다. 또한, 입력 단자(1)에 선단을 단락한 전송 선로에 의한 분포 정수 소자(23)가 접속되어, 입력 단자(1)와 이 분포 정수 소자(23)에 의한 전송 선로를 합친 길이가 약 λ/4 + λ/2의 정수배가 되도록 하고 있다.
그리고, 이러한 회로 구성에 의하면, 출력 단자(6, 15)중 어느 한쪽을 입력 포트로 하고, 다른 쪽을 출력 포트로 하여, 이러한 입력 포트로부터 입력한 고주파 신호를 이러한 출력 포트로부터 출력시키도록 하는 경우, 입력 단자(1)와 분포 정수 소자(23)에 의한 전송 선로를 합친 길이를 약 λ/4 + λ/2의 정수배로 하면, 입력 단자(1)와 분포 정수 소자(23)에 의한 임피던스가 무한대가 되어, 고주파 신호의 입력 단자(1)로부터의 반사가 전송 손실에 미치는 영향이 없어진다.
도 5는 도 4에 나타내는 회로가 기판상에 형성되어 생기는 본 발명에 의한 고주파 스위치 회로 장치의 제 2 실시형태를 나타내는 구성도로서, 24는 기판이며, 도 4에 대응하는 부분에는 동일 부호를 붙여 중복되는 설명을 생략한다.
같은 도면에 있어서, 선로 폭이 0.096mm, 길이가 1.22mm이고 선단을 단락한 전송 선로에 의한 상기의 분포 정수 소자(23)를 비유전률이 10.5, 두께가 0.1mm의 세라믹 기판(24)상에 형성하고, 도 4에 있어서의 그 밖의 회로 부분을 반도체 기판(20)에 형성했다. 반도체 기판(20)의 비유전률을 13.5, 두께를 0.08mm로 하고, 분포 정수 소자(2, 4, 11, 13)의 전송 선로 폭을 0.054mm로 하고, 저항(7, 8, 16, 17)을 100Ω으로 하고, 칩 커패시터(10, 19)를 100pF로 하고, 입력 단자(1), 출력 단자(6, 15)의 치수를 각각0.1× 0.12mm로 했다.
도 6은 도 5로 설명한 구조의 제 2 실시형태에서의 주파수 50~70 GHz의 고주파 신호의 전송 손실의 계산값을 도시하는 도면이다.
같은 도면에 있어서, 곡선(6-1)은 조건으로서, 입력 단자(1)에 분포 정수 소자(23)를 접속하여, 반도체(3, 5)의 오프 저항을 2kΩ으로 하고, 반도체(12, 14)의 오프 저항을 2kΩ으로 했을 때, 출력 단자(6)로부터 출력 단자(15)로의 고주파 신 호의 전송 손실을 나타내는 그래프이며, 곡선(6-2)은 같은 조건으로 했을 때의 출력 단자(6)에서의 고주파 신호의 반사 손실을 나타내는 그래프이다. 곡선(6-3)은 반도체(3, 5)의 온 저항을 2Ω으로 하고, 반도체(12, 14)의 온 저항을 2Ω으로 할 때의, 출력 단자(6)로부터 출력 단자(15)로의 고주파 신호의 전송 손실, 즉 아이솔레이션을 나타내는 그래프이다.
도 6에 의해 알 수 있는 바와 같이, 입력 단자(1)에 상기의 분포 정수 소자(23)를 접속함으로써, 출력 단자(6)에서 주파수 57~65 GHz의 고주파 신호의 반사 손실이 15dB 이상이 되어, 입력 단자로서 이용하는 출력 단자(6)로부터 출력 단자(15)로의 고주파 신호의 전송 손실에 미치는 입력 단자(1)의 영향은 감소하고, 반도체(3, 5)의 오프 저항이 2kΩ일 때의 입력 단자(1)로부터 출력 단자(6)로의 고주파 신호의 전송 손실과 반도체(12, 14)의 오프 저항이 2kΩ일 때의 입력 단자(1)로부터 출력 단자(15)로의 고주파 신호의 전송 손실의 합계는 약 2.3dB 이하가 된다.
도 1, 도 2에서 나타내는 제 1 실시형태에서는 선단을 개방한 전송 선로에 의한 분포 정수 소자(21)를 비유전률 10.5의 세라믹 기판(22)에 형성하고, 도 4, 도 5에 나타내는 제 2 실시형태에서는 마찬가지로 선단을 단락한 전송 선로에 의한 분포 정수 소자(23)를, 마찬가지로 비유전률 10.5의 세라믹 기판(24)에 형성하지만, 입력 단자(1)와의 합계의 길이가 약 λ/2의 정수배가 되는 선단을 개방한 전송 선로에 의한 분포 정수 소자, 혹은 입력 단자(1)와의 합계의 길이가 약 λ/4 + λ/2의 정수배가 되는 선단을 단락한 전송 선로에 의한 분포 정수 소자이기만 하면, 이러한 분포 정수 소자가 형성되는 기판의 재료는 특별히 한정할 것은 아니다. 또 한, 반도체(3, 5, 12, 14)의 온/오프에 의해 입력 단자(1)로부터의 고주파 신호를 출력 단자(6, 15)로 전환하는 고주파 스위치 회로로서 이용하는 경우에는 세라믹 기판(22)에 형성한 선단을 개방한 전송 선로에 의한 분포 정수 소자(21) 및 세라믹 기판(24)에 형성한 선단을 단락한 전송 선로에 의한 분포 정수 소자(23)는 불필요하다.
도 7은 본 발명에 의한 고주파 스위치 회로 장치의 제 3 실시형태의 회로 구성을 나타내는 등가 회로도로, 25는 분포 정수 소자이며, 앞의 도면에 대응하는 부분에는 동일 부호를 붙이고 있다.
같은 도면에 있어서, 입력 단자(1), 약 λ/4의 홀수배의 전송 선로에 의한 분포 정수 소자(2), 약 λ/4의 짝수배의 전송 선로에 의한 분포 정수 소자(4) 및 한쪽의 출력 단자(6)가 순차적으로 직렬로 접속되어 있고, 분포 정수 소자(2, 4)에는 온/오프 동작을 하는 반도체(3)가, 분포 정수 소자(4)와 출력 단자(6)에는 온/오프 동작을 하는 반도체(5)가 각각 접속되어 있다. 반도체(3, 5)를 제어하기 위한 저항(7, 8)이 제어 단자(9)에 접속되어 있음과 동시에, 칩 커패시터(10)에 의해 접지되어 있다. 또한, 입력 단자(1), 약 λ/4의 홀수배의 전송 선로에 의한 분포 정수 소자(11), 약 λ/4의 짝수배의 전송 선로에 의한 분포 정수 소자(13) 및 다른 쪽의 출력 단자(15)가 순차적으로 직렬로 접속되어 있고, 분포 정수 소자(11, 13)에는 온/오프 동작을 하는 반도체(12)가, 분포 정수 소자(13)와 출력 단자(15)에는 온/오프 동작을 하는 반도체(14)가 각각 접속되어 있다. 반도체(12, 14)를 제어하기 위한 저항(16, 17)이 제어 단자(18)에 접속되어 있음과 동시에, 칩 커패시터 (19)에 의해 접지되어 있다. 또한, 입력 단자(1)에 선단을 개방한 전송 선로에 의한 분포 정수 소자(25)가 접속되어, 입력 단자(1)와 이 분포 정수 소자(25)에 의한 전송 선로를 합친 길이가 약 λ/2의 정수배가 되도록 하고 있다.
그리고, 이러한 회로 구성에 의하면, 출력 단자(6, 15) 중 어느 한쪽을 입력 포트로 하고, 다른 쪽을 출력 포트로 하여, 이러한 입력 포트로부터 입력한 고주파 신호를 이러한 출력 포트로부터 출력시키도록 하는 경우, 입력 단자(1)와 분포 정수 소자(25)에 의한 전송 선로를 합친 길이를 약 λ/2의 정수배로 함으로써, 입력 단자(1)와 분포 정수 소자(25)에 의한 임피던스가 무한대가 되어, 고주파 신호의 입력 단자(1)로부터의 반사가 전송 손실에 미치는 영향이 없어진다.
도 8은 도 7에 나타내는 회로가 기판상에 형성되어 생기는 본 발명에 의한 고주파 스위치 회로 장치의 제 3 실시형태를 나타내는 구성도로, 앞의 도면에 대응하는 부분에는 동일 부호를 붙여 중복하는 설명을 생략한다.
같은 도면에 있어서, 선로 폭이 0.054mm, 길이가 0.64mm이고 선단을 개방한 전송 선로에 의한 분포 정수 소자(25)를 반도체 기판(20)에 형성하여, 입력 단자(1)와 와이어 본딩(wire bonding)으로 접속했다. 도 7의 다른 회로 부분도 반도체 기판(20)상에 형성되어 있다. 반도체 기판(20)의 비유전률을 13.5, 두께를 0.08mm로 하고, 분포 정수 소자(2, 4, 11, 13)의 전송 선로 폭을 0.054mm로 하고, 저항(7, 8, 16, 17)을 100Ω으로 하고, 칩 커패시터(10, 19)를 100pF로 하고, 입력 단자(1) 및 출력 단자(6, 15)의 치수를 각각 0.1×0.12mm로 했다.
도 9는 도 8에서 설명한 구조의 제 3 실시형태에서의 주파수 50~70 GHz인 고 주파 신호의 전송 손실의 계산값을 도시하는 도면이다.
같은 도면에 있어서, 곡선(9-1)은 조건으로서, 입력 단자(1)에 분포 정수 소자(25)를 접속하고, 반도체(3, 5)의 오프 저항을 2kΩ으로 하고, 반도체(12, 14)의 오프 저항을 2kΩ으로 했을 때, 입력 단자로서 이용하는 출력 단자(6)로부터 출력 단자(15)로의 고주파 신호의 전송 손실을 나타내는 그래프이며, 곡선(9-2)은 같은 조건으로 했을 때의 출력 단자(6)에서의 고주파 신호의 반사 손실을 나타내는 그래프이다. 곡선(9-3)은 반도체(3, 5)의 온 저항을 2Ω으로 하고, 반도체(12, 14)의 온 저항을 2Ω으로 했을 때, 출력 단자(6)로부터 출력 단자(15)로의 고주파 신호의 전송 손실, 즉 아이솔레이션을 나타내는 그래프이다.
도 9에 의해 알 수 있는 바와 같이, 입력 단자(1)에 분포 정수 소자(25)를 접속함으로써, 출력 단자(6)에서의 주파수 57~65 GHz인 고주파 신호의 반사 손실이 15dB 이상이 되어, 출력 단자(6)로부터 출력 단자(15)로의 고주파 신호의 전송 손실에 미치는 입력 단자(1)의 영향이 감소하고, 반도체(3, 5)의 오프 저항을 2kΩ으로 했을 때의 입력 단자(1)로부터 출력 단자(6)로의 고주파 신호의 전송 손실과 반도체(12, 14)의 오프 저항을 2kΩ으로 했을 때의 입력 단자(1)로부터 출력 단자(15)로의 고주파 신호의 전송 손실의 합계는 약 2.3dB 이하가 된다.
도 10은 본 발명에 의한 고주파 스위치 회로 장치의 제 4 실시형태의 회로 구성을 나타내는 등가 회로도로서, 26은 분포 정수 소자이며, 앞의 도면에 대응하는 부분에는 동일 부호를 붙이고 있다.
같은 도면에 있어서, 입력 단자(1), 약 λ/4의 홀수배의 전송 선로에 의한 분포 정수 소자(2), 약 λ/4의 짝수배의 전송 선로에 의한 분포 정수 소자(4) 및 한쪽의 출력 단자(6)가 순차적으로 직렬로 접속되어 있고, 분포 정수 소자(2, 4)에는 온/오프 동작을 하는 반도체(3)가, 분포 정수 소자(4)와 출력 단자(6)에는 온/오프 동작을 하는 반도체(5)가 각각 접속되어 있다. 반도체(3, 5)를 제어하기 위한 저항(7, 8)이 제어 단자(9)에 접속되어 있음과 동시에, 칩 커패시터(10)로 접지되어 있다.
또한, 입력 단자(1), 약 λ/4의 홀수배의 전송 선로에 의한 분포 정수 소자(11), 약 λ/4의 짝수배의 전송 선로에 의한 분포 정수 소자(13) 및 다른 쪽의 출력 단자(15)가 순차적으로 직렬로 접속되어 있고, 분포 정수 소자(11, 13)에는 온/오프 동작을 하는 반도체(12)가, 분포 정수 소자(13)와 출력 단자(15)에는 온/오프 동작을 하는 반도체(14)가 각각 접속되어 있다. 반도체(12, 14)를 제어하기 위한 저항(16, 17)이 제어 단자(18)에 접속되어 있음과 동시에, 칩 커패시터(19)로 접지되어 있다. 또한, 입력 단자(1)에 선단을 단락한 전송 선로에 의한 분포 정수 소자(26)가 접속되어, 입력 단자(1)와 이 분포 정수 소자(26)에 의한 전송 선로를 합친 길이가 약 λ/4 + λ/2의 정수배가 되도록 하고 있다.
그리고, 이러한 회로 구성에 의하면, 출력 단자(6, 15) 중 어느 한쪽을 입력 포트로 하고, 다른 쪽을 출력 포트로 하여, 이러한 입력 포트로부터 입력한 고주파 신호를 이러한 출력 포트로부터 출력시키도록 하는 경우, 입력 단자(1)와 분포 정수 소자(26)에 의한 전송 선로를 합친 길이를 약 λ/4 + λ/2의 정수배로 하면, 입력 단자(1)와 분포 정수 소자(26)에 의한 임피던스가 무한대가 되어, 고주파 신호 의 입력 단자(1)로부터의 반사가 전송 손실에 미치는 영향이 없어진다.
도 11은 도 10에 나타내는 회로가 기판상에 형성되어 생기는 본 발명에 의한 고주파 스위치 회로 장치의 제 4 실시형태를 나타내는 구성도로서, 앞의 도면에 대응하는 부분에는 동일 부호를 붙여 중복되는 설명을 생략한다.
같은 도면에 있어서, 즉, 선로 폭이 0.054mm, 길이가 1.08mm의 선단을 단락한 전송 선로에 의한 분포 정수 소자(26)를 반도체 기판(20)에 형성하여, 입력 단자(1)와 와이어 본딩으로 접속했다. 도 10에 있어서의 다른 회로 부분도 반도체 기판(20)상에 형성되어 있다. 반도체 기판(20)의 비유전률을 13.5, 두께를 0.08mm로 하고, 분포 정수 소자(2, 4, 11, 13)의 전송 선로 폭을 0.054mm로 하고, 저항(7, 8, 16, 17)을 100Ω으로 하고, 칩 커패시터(10, 19)를 100pF로 하고, 입력 단자(1) 및 출력 단자(6, 15)의 치수를 0.1×0.12mm로 했다.
도 12는 도 11에서 설명한 구조의 제 4 실시형태에서 주파수 50~70 GHz인 고주파 신호의 전송 손실의 계산값을 도시하는 도면이다.
같은 도면에 있어서, 곡선(12-1)은 조건으로서, 입력 단자(1)에 분포 정수 소자(26)를 접속하고, 반도체(3, 5)의 오프 저항을 2kΩ으로 하고, 반도체(12, 14)의 오프 저항을 2kΩ으로 했을 때, 입력 단자로서 이용하는 출력 단자(6)로부터 출력 단자(15)로의 고주파 신호의 전송 손실을 나타내는 그래프이며, 곡선(12-2)은 같은 조건으로 했을 때의 출력 단자(6)에서의 고주파 신호의 반사 손실을 나타내는 그래프이다. 곡선(12-3)은 반도체(3, 5)의 온 저항을 2Ω으로 하고, 반도체(12, 14)의 온 저항을 2Ω으로 했을 때의 출력 단자(6)로부터 출력 단자(15)로의 고주파 신호의 전송 손실, 즉 아이솔레이션을 나타내는 그래프이다.
도 12에 의해 알 수 있는 바와 같이, 입력 단자(1)에 분포 정수 소자(26)를 접속함으로써, 출력 단자(6)에서 주파수 57~65 GHz인 고주파 신호의 반사 손실이 15dB 이상이 되어, 출력 단자(6)로부터 출력 단자(15)로의 고주파 신호의 전송 손실에 비치는 입력 단자(1)의 영향은 감소하고, 반도체(3, 5)의 오프 저항을 2kΩ 했을 때의 입력 단자(1)로부터 출력 단자(6)로의 고주파 신호의 전송 손실과 반도체(12, 14)의 오프 저항을 2kΩ으로 했을 때의 입력 단자(1)로부터 출력 단자(15)로의 고주파 신호의 전송 손실의 합계는 약 2.4dB 이하가 된다.
도 7, 도 8에서 나타내는 제 3 실시형태에서는 선단을 개방한 전송 선로에 의한 분포 정수 소자(25)를 반도체 기판(20)에 형성하고, 또한, 도 10, 도 11에서 나타내는 제 4 실시형태에서는 선단을 단락한 전송 선로에 의한 분포 정수 소자(26)를 반도체 기판(20)에 마찬가지로 형성하여, 이들 분포 정수 소자(25)나 분포 정수 소자(26)를 입력 단자(1)에 본딩 와이어 등으로 접속하고 있지만, 반도체(3, 5, 12, 14)의 온/오프에 의해 입력 단자(1)로부터의 고주파 신호를 출력 단자(6, 15) 중 한쪽으로부터 다른 쪽으로 전환하는 고주파 스위치 회로로서 이용하는 경우에는 동일 반도체 기판(20)에 형성한 선단을 개방한 전송 선로에 의한 분포 정수 소자(25)나 선단을 단락한 전송 선로에 의한 분포 정수 소자(26)는 본딩 와이어 등으로 접속하지 않는다.
또, 이상의 실시형태에서는 출력 단자를 2개로 했지만, 3개 이상 마련하더라도 마찬가지이다. 이 경우에도, 상기 실시형태와 같이, 각각의 출력 단자마다 입 력 단자(1)와의 사이에 2개의 소정의 길이의 전송 선로에 의한 분포 정수 소자가 직렬로 마련되고, 또한 이들 2개의 분포 정수 회로에 접속되는 온/오프 동작을 하는 반도체나 출력 단자와 이 출력 단자측의 분포 정수 소자에 접속되는 온/오프 동작을 하는 반도체 등이 마련된다.
본 발명에 의하면, 적어도 하나의 입력 단자와 2개 이상의 출력 단자를 갖춘 반도체 스위치 회로 장치에 있어서, 선단을 개방한 전송 선로에 의한 분포 정수 소자를 입력 단자에 접속하여, 입력 단자와 이 분포 정수 소자에 의한 전송 선로를 합친 길이를 약 λ/2의 정수배로 하거나, 혹은 선단을 단락한 전송 선로에 의한 분포 정수 소자를 입력 단자에 접속하여, 입력 단자와 이 분포 정수 소자에 의한 전송 선로를 합친 길이를 약 λ/4 + λ/2의 정수배로 함으로써, 출력 단자 사이를 온/오프하는 기능으로서 고주파 신호의 전송 손실이 적은 반도체 스위치 회로를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 적어도 하나의 출력 단자와 2개 이상의 입력 단자를 갖춘 반도체 스위치 회로 장치에 있어서, 선단을 개방한 전송 선로에 의한 분포 정수 소자를 출력 단자에 접속하여, 출력 단자와 이 분포 정수 소자에 의한 전송 선로를 합친 길이를 약 λ/2의 정수배로 하거나, 혹은 선단을 단락한 전송 선로에 의한 분포 정수 소자를 출력 단자에 접속하여, 출력 단자와 분포 정수 소자에 의한 전송 선로를 합친 길이를 약 λ/4 + λ/2의 정수배로 함으로써, 입력 단자 사이를 온/오프하는 기능으로서 고주파 신호의 전송 손실이 적은 반도체 스위치 회로를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 선단을 개방한 전송 선로에 의한 분포 정수 소자나 선단을 단락한 전송 선로에 의한 분포 정수 소자를 형성하는 유전체 기판의 재료로서 세라믹 등보다 비유전률이 높은 유전체 재료를 이용하여, 소형화하는 것도 용이하다.

Claims (6)

  1. 고주파 스위치 회로 장치에 있어서,
    적어도 하나의 전송 선로에 의한 분포 정수 소자,
    적어도 하나의 저항과 적어도 하나의 커패시터인 집중 정수 소자,
    적어도 하나의 반도체 소자,
    적어도 하나의 입력 단자,
    2개 이상의 출력 단자 및
    상기 입력 단자에 접속되고 선단을 개방 또는 단락한 추가적인 전송 선로를 포함하되,
    상기 추가적인 전송 선로의 상기 선단이 개방된 경우에는 상기 입력 단자와 상기 추가적인 전송 선로를 합친 길이를 약 λ/2의 정수배로 하고, 상기 추가적인 전송 선로의 상기 선단이 단락된 경우에는 상기 입력 단자와 상기 추가적인 전송 선로를 합친 길이를 약 λ/4 + λ/2의 정수배로 한
    고주파 스위치 회로 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력 단자 중 하나를 신호의 입력 포트로 하고, 상기 출력 단자 중 다른 하나를 신호의 출력 포트로 한
    고주파 스위치 회로 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력 단자에 접속되고 상기 선단을 개방 또는 단락한 상기 추가적인 전송 선로를유전체 기판상 또는 반도체 기판상에 형성한
    고주파 스위치 회로 장치.
  4. 고주파 스위치 회로 장치에 있어서,
    적어도 하나의 전송 선로에 의한 분포 정수 소자,
    적어도 하나의 저항과 적어도 하나의 커패시터인 집중 정수 소자,
    적어도 하나의 반도체 소자,
    적어도 하나의 출력 단자,
    2개 이상의 입력 단자 및
    상기 출력 단자에 접속되고 선단을 개방 또는 단락한 추가적인 전송 선로를 포함하되,
    상기 추가적인 전송 선로의 상기 선단이 개방된 경우에는 상기 출력 단자와 상기 추가적인 전송 선로를 합친 길이를 약 λ/2의 정수배로 하고, 상기 추가적인 전송 선로의 상기 선단이 단락된 경우에는 상기 출력 단자와 상기 추가적인 전송 선로를 합친 길이를 약 λ/4 + λ/2의 정수배로 한
    고주파 스위치 회로 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 입력 단자 중 하나를 신호의 입력 포트로 하고, 상기 입력 단자 중 다른 하나를 신호의 출력 포트로 한
    고주파 스위치 회로 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 출력 단자에 접속되고 상기 선단을 개방 또는 단락한 상기 추가적인 전송 선로를 유전체 기판상 또는 반도체 기판상에 형성한
    고주파 스위치 회로 장치.
KR1020050100133A 2004-10-25 2005-10-24 고주파 스위치 회로 장치 KR100674742B1 (ko)

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