KR20180033451A - 바이패스 토폴로지를 갖는 rf 스위치 - Google Patents

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Abstract

RF 신호 스위치 회로는 회로 내 모드 또는 바이패스 모드 중 어느 하나에서 N개의 무선 주파수(RF) 입력 단자들 중 임의의 단자를 스위치 출력 포트에 연결할 수 있게 한다. 본 발명의 실시예들은 바이패스 경로를 입력 정합 네트워크로부터 격리시키는 능력을 여전히 가지면서 직렬 입력 경로의 단일 스위치 둘 모두를 허용한다. 모드들 둘 모두에서, 회로는 낮은 입력 삽입 손실(및 따라서 낮은 잡음 팩터)과 높은 바이패스 모드 격리를 동시에 나타낸다.

Description

바이패스 토폴로지를 갖는 RF 스위치
본 발명은 전자 무선 주파수(RF) 회로들에 관한 것이고, 보다 상세하게는 RF 신호 스위칭 회로들에 관한 것이다.
무선 주파수(RF) 신호 스위치들은 하나 이상의 안테나들과 하나 이상의 송신기 및/또는 수신기 회로들 사이와 같이 RF 시스템의 다양한 부분들 사이에서 RF 신호들을 라우팅하기 위한 공통 회로들이다. 예를 들어, RF 신호 스위치들은 셀룰러 전화들을 포함하는 단방향 및 양방향 무선(radios) 디바이스들 및 글로벌 측위 시스템(GPS) 디바이스들에서 사용된다.
무선 신호 수신기들과 같이 잡음에 민감한 전자 시스템들에서 RF 신호 스위치들을 사용하는 것은 상당히 일반적이다. 이러한 수신기들에는 종종 매우 약한 신호들(예를 들어, 안테나에 의해 캡처되는 송신된 전파들)이 제공되고, 따라서 이러한 신호들을 증폭하기 위해 저잡음 증폭기(Low-Noise Amplifier, LNA)를 사용하는 것이 일반적이다. 또한 LNA로의 전력 전달을 최대화하기 위해 LNA의 입력에서 정합 네트워크(matching network)를 제공하는 것이 일반적이다.
저잡음 증폭기(LNA)의 잡음 지수(Noise Fiaure, NF)는 제공된 임피던스 및 LNA에 대한 입력 전단의 삽입 손실(Insertion Loss, IL)에 매우 민감하다. 예를 들어, 전형적인 셀룰러 무선 LNA 구성에서, RF 스위치와 직렬인 대역통과 필터들의 세트가 LNA의 입력에 존재하며, 무선 트랜시버에 제공될 특정 대역을 선택하기 위해 사용된다. NF를 감소시키기 위해, 낮은 삽입 손실(IL)의 RF 신호 스위치들이 요구된다. 그러나, 일부 동작 모드들에서 LNA는 바이패스 가능해야 하며, 이러한 모드에서 LNA는 바이패스 신호 경로로부터 격리되어야 한다.
예를 들어, 도 1은 N개의 RF 입력 단자들 RF1 내지 RFN 중 하나가 정합 네트워크 및 LNA 블록(102)을 통하거나 바이패스 경로(104)를 통해 스위치 출력 포트에 연결될 수 있는 종래 기술의 RF 신호 스위치(100)의 개략도이다. RF 입력 단자들 RF1 내지 RFN은 각각의 안테나들에 연결될 수 있어서; 정합 네트워크 및 LNA 블록(102)은 일반적으로 파선들로 표시된 바와 같이 RF 신호 스위치(100)의 외부에 있다.
도시된 예의, "회로 내" 모드("in-circuit" mode)에서, 입력 단자 RF1은 대응하는 직렬 스위치 S1을 단락시키고, 입력 단자 RF1에 대응하는 션트(shunt) 스위치 Sh1을 개방하고, 바이패스 스위치를 개방하고, 출력 커넥터 스위치 SC를 단락시키고, 출력 커넥터 션트 스위치 ShC를 개방함으로써 정합 네트워크 및 LNA 블록(102)에 연결될 수 있다. 이러한 모드에서, 각각의 다른 RF 입력 단자 RF2 내지 RFN에 대해, 대응하는 직렬 스위치 S2 내지 SN이 개방되고 상응하는 션트 스위치 Sh2 내지 ShN이 단락된다. 임의의 다른 RF 입력 단자 RF2 내지 RFN은 유사한 방식으로 회로 내로 정합 네트워크 및 LNA 블록(102)에 연결될 수 있다.
바이패스 모드에서, 입력 단자 RF1은 대응하는 직렬 스위치 S1을 단락시키고, 대응하는 션트 스위치 Sh1을 개방하고, 바이패스 스위치를 단락시키고, 출력 커넥터 스위치 SC를 개방하고, 출력 커넥터 션트 스위치 ShC를 단락시킴으로써 스위치 출력에 직접 연결될 수 있다. 이러한 모드에서, 각각의 다른 RF 입력 단자 RF2 내지 RFN에 대해, 대응하는 직렬 스위치 S2 내지 SN이 개방되고 상응하는 션트 스위치 Sh2 내지 ShN이 단락된다. 임의의 다른 RF 입력 단자 RF2 내지 RFN은 유사한 방식으로 정합 네트워크 및 LNA 블록(102)을 바이패스하도록 연결될 수 있다.
도 1에 도시된 회로 구성의 문제점은, LNA가 활성이 아닌 경우(not active), LNA의 입력에서의 정합 네트워크가 바이패스 경로(104)로부터 격리되지 않는다는 점이다. 정합 네트워크는 RF 신호 스위치(100)의 출력 임피던스에 악영향을 미칠 수 있고, 바이패스 경로(104)의 IL이 저하되게 할 수 있으며, 그 심각성은 LNA 입력 정합 네트워크의 설계 및 컴포넌트 값들에 의존한다. 이러한 바이패스 경로 IL의 저하는 모듈 설계자들로 하여금 양호한 LNA 입력 정합을 갖는 것과 낮은 바이패스 경로 IL을 유지하는 것 사이의 균형을 찾기 어렵게 한다.
바이패스 경로를 LNA 입력 정합 네트워크로부터 격리하는 것이 바람직하면, 일반적인 관행(standard practice)은 정합 네트워크 전에 다른 직렬/션트 스위치 쌍을 추가하는 것이다. 예를 들어, 도 2는 도 1의 종래 기술의 RF 신호 스위치의 개략도이고, 여기서 정합 네트워크 및 LNA 블록(102) 전에 격리 직렬/션트 스위치 쌍 SI/ShI(106)이 연결되어 있다. 바이패스 모드에서, 격리 직렬 스위치 SI는 개방되고 격리 션트 스위치 ShI는 단락되어, 정합 네트워크 입력을 회로 접지에 커플링시키고 정합 네트워크를 바이패스 경로(104)로부터 완전히 격리시킨다. 반대로, 회로 내 모드에서, 격리 직렬 스위치 SI는 단락되고 격리 션트 스위치 ShI는 개방된다.
그러나, 도 2에 도시된 회로 구성의 단점은, 추가된 직렬 스위치 SI가 도 1에 도시된 구성에 비해 LNA로의 입력 IL을 증가시키고, 따라서 시스템 NF를 증가시킨다는 점이다. 이것은, 예시된 스위치들이 단락된 경우 완벽한 도체들이 아니라 약간의 임피던스를 나타내기 때문이다.
따라서, 낮은 입력 IL(및 따라서 낮은 NF) 및 높은 격리를 동시에 나타내는 RF 신호 스위칭 회로가 필요하다. 본 발명은 이러한 요구를 다룬다.
본 발명은 회로 내 모드 또는 바이패스 모드 중 어느 하나에서 N개의 RF 입력 단자들 RF1 내지 RFN 중 임의의 단자를 스위치 출력 포트에 연결할 수 있게 하는 RF 신호 스위치 회로의 실시예들을 포함한다. 본 발명의 실시예들은 바이패스 경로를 입력 정합 네트워크로부터 격리시키는 능력을 여전히 가지면서 직렬 입력 경로의 단일 스위치 둘 모두를 허용한다. 모드들 둘 모두에서 회로는 낮은 입력 IL(및 따라서 낮은 NF)과 높은 바이패스 모드 격리를 동시에 나타낸다.
일 실시예에서, RF 신호 스위치 회로의 회로 내 경로는 선택적인 정합 네트워크를 포함할 수 있는 (LNA 또는 디지털 스텝 감쇠기와 같은) 격리 및/또는 삽입 손실 감응 타겟 회로의 입력에 커플링된다. 타겟 회로 및 선택적인 정합 네트워크는 전형적으로 RF 신호 스위치 회로에 대해 오프-회로(off-circuit)이지만, 전체 회로는 하이브리드 또는 모노리식 구조로 제조될 수 있다. 일부 실시예들에서, 정합 네트워크는 타겟 회로와 통합될 수 있다.
일 실시예에서, RF 입력 단자들 RF1 내지 RFN 각각은 3개의 대응하는 스위치들, 즉 경로 내 커넥터 스위치 IC_SX, 션트 스위치 ShX 및 바이패스 스위치 BP_SX(여기서, "x"는 1부터 N까지 대응하는 RF 입력 단자 식별자이고, N은 1일 수 있음)에 직접 연결된다. RF 입력 단자들 RF1 내지 RFN 각각에 대해, 경로 내 커넥터 스위치들 IC_SX 및 격리 션트 스위치 ShI 모두는 회로 내 경로에 연결된다. 대안적인 실시예들에서, RF 입력 단자들 RF1 내지 RFN 각각은 경로 내 커넥터 스위치 IC_SX의 하나 이상의 세트들 및 병렬 회로 내 경로들에 연결된 대응하는 격리 션트 스위치들 ShI를 가질 수 있다. 이러한 구성은, 예를 들어, 임의의 하나의 타겟 회로에 대한 직렬 스위치들의 수를 증가시키지 않고 다수의 안테나들이 다수의 타겟 회로들에 선택적으로 커플링되도록 허용한다.
타겟 회로의 출력은 스위치 리턴 경로에 연결되고, 그 다음, 스위치 리턴 경로는 출력 커넥터 직렬 스위치 SC를 통해 RF 신호 스위치 회로의 스위치 출력에 또는 출력 커넥터 션트 스위치 ShC를 통해 회로 접지에 선택적으로 연결가능하다.
동작 시에, RF 입력 단자들 RF1 내지 RFN 중 임의의 단자에 인가된 RF 신호는 단일 스위치(및 그 다음 스위치 출력)를 통해 타겟 회로에 연결되거나 또는 스위칭 회로에 커플링된 임의의 정합 네트워크의 완전한 격리로 스위치 출력에 대한 바이패스 경로에 인가될 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시예들의 세부사항들은 첨부된 도면들 및 이하의 설명에서 기술된다. 본 발명의 다른 특징들, 목적들 및 이점들은 상세한 설명 및 도면들 및 청구항들로부터 명백해질 것이다.
도 1은 N개의 RF 입력 단자들 RF1 내지 RFN 중 하나가 정합 네트워크 및 LNA 블록을 통해 또는 바이패스 경로를 통해 스위치 출력에 연결될 수 있는 종래 기술의 RF 신호 스위치의 개략도이다.
도 2는 도 1의 종래 기술의 RF 신호 스위치의 개략도이고, 여기서 정합 네트워크 및 LNA 블록 전에 격리 직렬/션트 스위치 쌍 SI/ShI이 연결되어 있다.
도 3은 본 발명에 따른 RF 신호 스위치 회로의 실시예의 개략도이다.
도 4a는 회로 내 모드로 구성된 도 3에 도시된 실시예의 개략도이다.
도 4b는 바이패스 모드로 구성된 도 3에 도시된 실시예의 개략도이다.
도 5는 도 3에 도시된 바이패스 스위치들 BP_S1 내지 BP_SN 각각에 대한 고 격리 "T" 타입 직렬/션트/직렬 바이패스 스위치 대체 회로의 개략도이다.
도 6a는 LNA에 대한 직렬 입력 경로의 삽입 손실 대 도 1, 도 2 및 도 3으로부터의 3개의 시뮬레이션된 회로 토폴로지들 각각에 대한 주파수를 비교한 그래프이다.
도 6b는 바이패스 경로의 삽입 손실 대 도 1, 도 2 및 도 3으로부터의 3개의 시뮬레이션된 회로 토폴로지들 각각에 대한 주파수를 비교한 그래프이다.
다양한 도면들에서 유사한 참조 부호들 및 지정들은 유사한 엘리먼트들을 표시한다.
도 3은 본 발명에 따른 RF 신호 스위치 회로(300)의 실시예의 개략도이다. RF 신호 스위치 회로(300)는 회로 내 모드(in-circuit mode) 또는 바이패스 모드 중 어느 하나에서 N개의 RF 입력 단자들 RF1 내지 RFN 중 임의의 단자를 스위치 출력 포트에 연결할 수 있게 한다. 본 발명의 실시예들은 바이패스 경로를 입력 정합 네트워크로부터 격리시키는 능력을 여전히 가지면서 직렬 입력 경로의 단일 스위치 둘 모두를 허용한다. 모드들 둘 모두에서 회로는 낮은 입력 IL(및 따라서 낮은 NF)과 높은 바이패스 모드 격리를 동시에 나타낸다.
예시된 실시예에서, RF 신호 스위치 회로(300)의 회로 내 경로(302)는 선택적인 정합 네트워크(306)(점선으로 도시됨)를 통해 또는 직접 (LNA 또는 디지털 스텝 감쇠기와 같은) 격리 및/또는 삽입 손실 감응 타겟 회로(304)의 입력에 커플링되도록 구성된다. 타겟 회로(304) 및 정합 네트워크(306)는 전형적으로 RF 신호 스위치 회로(300)에 대해 오프-회로이지만, 도 3에 예시된 전체 회로는 하이브리드 또는 모노리식(monolithic) 구조로 제조될 수 있다. 일부 실시예들에서, 정합 네트워크(306)는 타겟 회로(304)와 통합될 수 있다. 그러나, 편의상, 아래의 설명은 타겟 회로(304) 및 정합 네트워크(306)를 별개의 엘리먼트들로서 취급할 것이다.
예시된 실시예에서, RF 입력 단자들 RF1 내지 RFN 각각은 3개의 대응하는 스위치들, 즉 경로 내 커넥터 스위치 IC_SX, 션트 스위치 Shx 및 바이패스 스위치 BP_SX(여기서, "x"는 1부터 N까지 대응하는 RF 입력 단자 식별자이고, N은 1일 수 있음)에 직접 연결된다. RF 입력 단자들 RF1 내지 RFN 각각에 대해, 경로 내 커넥터 스위치들 IC_SX 및 격리 션트 스위치 ShI 모두는 회로 내 경로(302)에 연결된다.
RF 신호 스위치는 타겟 회로(304)의 출력에 커플링되도록 구성된 스위치 리턴 경로(308)를 포함한다. 그 다음, 스위치 리턴 경로(308)는 출력 커넥터 직렬 스위치 SC를 통해 RF 신호 스위치 회로(300)의 스위치 출력에 또는 출력 커넥터 션트 스위치 ShC를 통해 회로 접지에 선택적으로 연결가능하다.
대안적인 실시예들에서, RF 입력 단자들 RF1 내지 RFN은 경로 내 커넥터 스위치 IC_SX의 하나 이상의 세트들 및 병렬 회로 내 경로들(302)에 연결된 대응하는 격리 션트 스위치들 ShI를 가질 수 있다. 이러한 구성은, 예를 들어, 임의의 하나의 타겟 회로(304)에 대한 직렬 스위치들의 수를 증가시키지 않고 다수의 안테나들이 다수의 타겟 회로들(304)에 선택적으로 커플링되도록 허용한다. 이러한 구성에서, RF 신호 스위치(300)는, 각각 대응하는 타겟 회로(304), 대응하는 출력 커넥터 직렬 스위치 SC 및 대응하는 출력 커넥터 션트 스위치 ShC에 커플링되도록 구성된 병렬 스위치 리턴 경로들(308)을 가질 것이다.
도 3에 대해 전술한 스위치들 모두는 스위치들에 대한 개방 상태들 또는 단락 상태들을 설정하기 위해 종래의 설계의 외부 스위칭 회로(도시되지 않음)에 의해 제어될 수 있다.
도 4a는 회로 내 모드로 구성된 도 3에 도시된 실시예의 개략도이다. 이 예에서, RF 입력 단자 RF1에 인가된 신호는 단락된 경로 내 커넥터 스위치 IC_S1을 통해 회로 내 경로(302)에, 정합 네트워크(306)를 통해 타겟 회로(304)에, 다시 스위치 리턴 경로(308)에 그리고 폐쇄된 출력 커넥터 직렬 스위치 SC를 통해 스위치 출력에 커플링된다. RF 입력 단자 RF1에 대한 션트 스위치 Sh1 및 바이패스 스위치 BP_S1는, 격리 션트 스위치 ShI 및 출력 커넥터 션트 스위치 ShC와 마찬가지로 개방된다.
다른 RF 입력 단자 RF2 내지 RFN 각각은 이들의 대응하는 션트 스위치 Sh2-ShN을 통해 회로 접지에 션트되고, 이들의 대응하는 경로 내 커넥터 스위치들 IC_S2 내지 IC_SN 및 바이패스 스위치들 BP_S2 내지 BP_SN은 개방되고, 따라서 RF 입력 단자 RF1을 통해 RF 입력 단자들 RF2 내지 RFN을 활성 신호(active signal) 경로로부터 격리시킨다.
도 4a에 도시된 구성에서, RF 입력 단자 RF1에서의 입력 신호는 정합 네트워크(306)에 커플링되기 전에 오직 하나의 스위치 IC_S1를 통과하고, 따라서 정합 네트워크(306) 및 타겟 회로(304)에 대한 삽입 손실을 최소화한다.
도 4b는 바이패스 모드로 구성된 도 3에 도시된 실시예의 개략도이다. 이 예에서, RF 입력 단자 RF1에 인가된 신호는 폐쇄된 바이패스 스위치 BP_S1를 통해 스위치 출력에 커플링된다. 션트 스위치 Sh1 및 RF 입력 단자 RF1에 대한 경로 내 커넥터 스위치 IC_S1은 개방된다. 격리 션트 스위치 ShI 및 출력 커넥터 션트 스위치 ShC 둘 모두는 단락되고, 따라서 정합 네트워크(306)에 대한 입력 및 타겟 회로(304)의 출력을 회로 접지에 커플링시킨다.
다른 RF 입력 단자 RF2 내지 RFN 각각은 이들의 대응하는 션트 스위치 Sh2 내지 ShN을 통해 회로 접지에 다시 션트되고, 이들의 대응하는 경로 내 커넥터 스위치들 IC_S2 내지 IC_SN 및 바이패스 스위치들 BP_S2 내지 BP_SN은 개방되고, 따라서 RF 입력 단자 RF1을 통해 RF 입력 단자들 RF2 내지 RFN을 활성 신호 경로로부터 격리시킨다.
도 4b에 도시된 구성에서, RF 입력 단자 RF1에서의 입력 신호는 스위치 출력에 커플링되기 전에 오직 하나의 스위치(BP_S1)를 통과하고, 정합 네트워크(306) 및 타겟 회로(304)로부터 완전히 격리된다.
명백하게도, 임의의 다른 RF 입력 단자 RF2 내지 RFN은 유사한 방식으로 회로 내 모드 또는 바이패스 모드로 연결될 수 있다. 다수의 타겟 회로들(304)의 경우, 각각의 비활성 타겟 회로(304)는 대응하는 회로 내 경로(302) 및 스위치 리턴 경로(308)의 션트 및 직렬 스위치들의 적절한 설정들에 의해(예를 들어, 대응하는 경로 내 커넥터 스위치 IC_SX를 개방하고, 대응하는 격리 션트 스위치 ShI를 단락하고, 대응하는 출력 커넥터 직렬 스위치 SC를 개방하고, 대응하는 출력 커넥터 션트 스위치 ShC를 단락함으로써) 격리될 것이다.
대안적인 바이패스 스위치 회로
도 3에 도시된 예의 경우, 타겟 회로(304)의 입력으로부터 스위치 출력의 훨씬 더 높은 격리가 바람직하다면, 대응하는 바이패스 스위치들 BP_S1 내지 BP_SN은 "T" 타입 직렬/션트/직렬 회로 바이패스 스위치 구성으로 대체될 수 있다. 이는, 단일 바이패스 스위치 BP_S1(특히, 전계 효과 트랜지스터로서 구현된 것)가 스위치 출력 상에 존재하는 일부 증폭된 신호 주파수들을 타겟 회로(304)의 입력까지 통과시킬 수 있는 커패시터로서 동작할 수 있기 때문에, 타겟 회로(304)의 입력으로부터 스위치 출력을 더 양호하게 격리시키는데 유용할 수 있다. 더 양호한 격리는 피드백을 방지하고 타겟 회로(304)의 안정성을 증가시킬 것이다. 그러나, 타겟 회로(304)가 증폭을 제공하지 않는다면(예를 들어, 타겟 회로가 디지털 스텝 감쇠기인 경우), 도 3에 도시된 더 간단한 단일 스위치 바이패스 스위치들 BP_S1 내지 BP_SN이 바람직할 수 있다.
도 5는 도 3에 도시된 바이패스 스위치들 BP_S1 내지 BP_SN 각각에 대한 고 격리 "T" 타입 직렬/션트/직렬 바이패스 스위치 대체 회로(500)의 개략도이다. 바이패스 모드에서 활성 신호 경로의 경우(예를 들어, RF 입력 단자 RF1에 인가된 신호의 경우), 직렬 스위치 SwA가 단락되고, 직렬 스위치 SwB가 단락되고 션트 스위치 Sh가 개방되어, RF 입력 단자 RF1로부터 스위치 출력으로의 신호 전파를 허용한다(그러나, 도 3에 도시된 단일 스위치 바이패스 스위치들 BP_S1 내지 BP_SN과 비교하여 제2 직렬 스위치의 추가로 인해 약간 더 열악한 바이패스 경로 IL을 갖는다).
회로 내 모드에서 활성 신호 경로의 경우 및 어느 한 모드에서의 비활성 신호 경로들의 경우, 직렬 스위치 SwA는 개방되고, 직렬 스위치 SwB는 개방되고, 션트 스위치 Sh는 단락되어, 2개의 직렬 스위치들 SwA, SwB 사이의 접합부를 접지시키고, 따라서 타겟 회로(304)에 대한 입력의, 스위치 출력으로부터의 격리를 상당히 증가시킨다.
시뮬레이션 결과들
도 1 및 도 2에 도시된 2개의 회로 토폴로지들 및 도 3에 도시된 신규 회로 토폴로지는 선택된 저항기들, 커패시터들, 인덕터들 및 선택된 LNA의 산란 파라미터들(S-파라미터들)을 사용한 비교를 위해 시뮬레이션되었다. FET 스위치들은 개방(비-전도)된 경우 커패시터들로서 그리고 단락(전도)된 경우 저항기들로서 동작하는 것으로 공지되어 있기 때문에, 시뮬레이션에서는 개방 스위치들을 표현하기 위해 커패시터들이 사용되었고, 단락된 스위치들을 표현하기 위해 저항기들이 사용되었다. 용량성 및 저항성 값들은 현재의 RF 스위치 IC 기술에 기초하여 선택되었다. 인덕터들은 예상된 외부 정합 네트워크를 시뮬레이션하기 위해 포트 위치들에서 사용되었다. S-파라미터들은, 이러한 스위치들과 함께 사용될 수 있는 인접한 정합 네트워크를 갖는 일반적인 (턴 오프된) LNA에서 측정되었다. 이는, 입력이 바이패스 경로로부터 적절히 격리되지 않은 경우 입력 정합 네트워크를 갖는 턴 오프된 LNA가 가질 효과를 도입하기 위해 수행되었다. 바이패스 스위치는 도 5에 도시된 고격리(high-isolation) 직렬/션트/직렬 구성을 사용하여 시뮬레이션되었다.
도 6a는 도 1(곡선(602)), 도 2(곡선(604)) 및 도 3(곡선(606))으로부터의 3개의 시뮬레이션된 회로 토폴로지들 각각에 대한 LNA에 대한 직렬 입력 경로의 주파수 대 삽입 손실(IL)을 비교한 그래프(600)이다. 포인트 m2는 약 1.5 GHz의 주파수를 표현하고, 포인트 m3은 약 2.69 GHz의 주파수를 표현한다. 도 1(곡선(602)) 및 도 3(곡선(606)) 회로 토폴로지들은 유사한 IL 성능을 갖지만, (도 1의 회로 토폴로지보다 양호한 격리를 갖는) 도 2(곡선(604)) 회로 토폴로지는 직렬 입력 경로에 제2 스위치의 추가로 인해 저하된 IL을 갖는다.
도 6b는 도 1(곡선(612)), 도 2(곡선(614)) 및 도 3(곡선(616))으로부터의 3개의 시뮬레이션된 회로 토폴로지들 각각에 대한 바이패스 경로의 주파수 대 삽입 손실을 비교한 그래프(610)이다. 포인트 m4는 약 1.5 GHz의 주파수를 표현하고, 포인트 m5는 약 2.69 GHz의 주파수를 표현한다. 도 6a 결과들과 대조적으로, 도 2(곡선(614)) 및 도 3(곡선(616)) 회로 토폴로지들은 유사한 IL 성능을 갖고, 도 3(곡선(616)) 회로 토폴로지는 모든 주파수들에서 약간 더 양호하고, 더 높은 주파수들에서 상당히 더 양호하다. 비-격리된 (턴 오프된) LNA의 악영향은 도 1(곡선(612)) 회로 토폴로지의 바이패스 IL에서 볼 수 있고, 이는 주파수가 증가함에 따라 급격히 악화된다. 모든 시뮬레이션들에서, 입력 직렬 IL은 오직 입력 정합 네트워크에 대한 인덕터만을 사용하여 최적화되었고; 바이패스 경로에서의 저하된 IL의 심각성은 사용되는 입력 정합 네트워크의 타입에 매우 의존적이다. 상이한 정합 네트워크 회로는 도 1(곡선(612)) 회로 토폴로지에 대한 매우 큰 양의 IL 저하를 초래할 수 있다.
도 6a 및 도 6b를 비교하면, 도 3(곡선들(606, 616))에 도시된 신규 회로 토폴로지는, 바이패스 IL과 입력 직렬 IL 사이의 부수적인 트레이드오프로, 도 1(곡선들(602, 612)) 및 도 2(곡선들(604, 614))의 회로 토폴로지들보다 양호한 전반적 IL 성능을 갖는 것이 매우 자명하다.
당업자에게 용이하게 자명한 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예들은 광범위한 규격들을 충족하도록 구현될 수 있다. 따라서, 적절한 컴포넌트 값들의 선택은 설계 선택의 문제이다. 특히, 도 3 내지 도 5에 도시된 스위치들은 임의의 타입일 수 있지만, 집적 회로(IC) 상의 전계 효과 트랜지스터(FET)들로서 유리하게 제조된다. 본 발명의 다양한 실시예들은 임의의 적절한 IC 기술(MOSFET 및 IFGET 구조들을 포함하지만 이에 제한되는 것은 아님), 또는 하이브리드 또는 이산 회로 형태들로 구현될 수 있다. 집적 회로 실시예들은 표준 벌크 실리콘, SOI(silicon-on-insulator), SOS(silicon-on-sapphire), GaAs pHEMT 및 MESFET 프로세스들을 포함하지만 이에 제한되는 것은 아닌 임의의 적절한 기판들 및 프로세스들을 사용하여 제조될 수 있다. 특정 규격 및/또는 구현 기술(예를 들어, NMOS, PMOS 또는 CMOS)에 따라 전압 레벨들이 조정되거나 전압 극성들이 반전될 수 있다. 컴포넌트 전압, 전류 및 전력 핸들링 능력들은 필요에 따라, 예를 들어, 디바이스 크기들을 조정하고, 더 큰 전압들을 핸들링하기 위해 컴포넌트들을 "적층"하고 그리고/또는 더 큰 전류들을 핸들링하기 위해 다수의 컴포넌트들을 병렬로 사용함으로써 적응될 수 있다.
방법들
본 발명의 다른 양상은 RF 신호들을 스위칭하기 위한 방법을 포함하고, 이 방법은,
a. 션트 스위치, 바이패스 스위치, 및 경로 내 커넥터 스위치를 갖는 적어도 하나의 RF 입력 포트를 제공하는 단계;
b. 각각의 경로 내 커넥터 스위치를 회로 내 경로에 커플링시키는 단계 ― 회로 내 경로는 타겟 회로의 입력에 커플링되도록 구성됨 ―;
c. 각각의 바이패스 스위치를 스위치 출력 포트에 커플링시키는 단계;
d. 각각의 션트 스위치를 회로 접지에 커플링시키는 단계;
e. 격리 션트 스위치를 회로 내 경로에 커플링시키는 단계;
f. 스위치 리턴 경로를 제공하는 단계 ― 스위치 리턴 경로는 타겟 회로의 출력에 커플링되도록 구성됨 ―;
g. 출력 커넥터 션트 스위치를 스위치 리턴 경로에 커플링시키는 단계; 및
h. 출력 커넥터 스위치를 스위치 리턴 경로 및 스위치 출력 포트에 커플링시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양상은 전술한 제1 방법을 포함하며,
a. 선택된 RF 입력 포트에 대한 션트 스위치 및 바이패스 스위치를 개방 상태로 설정하고, 선택된 RF 입력 포트에 대한 경로 내 커넥터 스위치를 폐쇄 상태로 설정하고, 격리 션트 스위치를 개방 상태로 설정하고, 출력 커넥터 션트 스위치를 개방 상태로 설정하고, 출력 커넥터 스위치를 폐쇄 상태로 설정하는 단계; 및
b. 각각의 다른 RF 입력 포트에 대해, 각각의 경로 내 커넥터 스위치 및 바이패스 스위치를 개방 상태로 설정하고, 각각의 션트 스위치를 폐쇄 상태로 설정하는 단계
에 의해, 선택된 RF 입력 포트에 대한 회로 내 모드를 구성하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 양상은 전술한 제1 방법을 포함하며,
a. 선택된 RF 입력 포트에 대한 션트 스위치 및 경로 내 커넥터 스위치를 개방 상태로 설정하고, 선택된 RF 입력 포트에 대한 바이패스 스위치를 폐쇄 상태로 설정하고, 격리 션트 스위치를 폐쇄 상태로 설정하고, 출력 커넥터 션트 스위치를 폐쇄 상태로 설정하고, 출력 커넥터 스위치를 개방 상태로 설정하는 단계; 및
b. 각각의 다른 RF 입력 포트에 대해, 각각의 경로 내 커넥터 스위치 및 바이패스 스위치를 개방 상태로 설정하고, 각각의 션트 스위치를 폐쇄 상태로 설정하는 단계
에 의해, 선택된 RF 입력 포트에 대한 바이패스 모드를 구성하는 단계를 더 포함한다.
상기 방법들의 다른 양상은 각각의 바이패스 스위치를 "T" 타입 직렬/션트/직렬 회로로 구성하는 것이며, (a) 바이패스 모드에서 활성 신호 경로에 대해, 제1 직렬 스위치 및 제2 직렬 스위치를 폐쇄 상태로 설정하는 것 및 션트 스위치를 개방 상태로 설정하는 단계; 및 (b) 회로 내 모드에서 활성 신호 경로의 경우 및 어느 한 모드에서의 비활성 신호 경로들의 경우, 제1 직렬 스위치 및 제2 직렬 스위치를 개방 상태로 설정하고, 션트 스위치를 폐쇄 상태로 설정하는 것이다.
본 발명의 다수의 실시예들이 설명되었다. 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정들이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 상술한 단계들의 일부는 순서에 독립적일 수 있으며, 따라서 설명된 것과 상이한 순서로 수행될 수 있다. 추가로, 전술한 단계들 중 일부는 선택적일 수 있다. 앞서 식별된 방법들과 관련하여 설명된 다양한 활동들은 반복적, 연속적 또는 병렬적 방식으로 실행될 수 있다. 전술한 설명은 하기의 청구항들의 범위에 의해 정의되는 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니라 예시하고, 다른 실시예들은 청구항들의 범위 내에 있는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (20)

  1. 무선 주파수(RF) 신호 스위치로서,
    (a) 회로 접지에 연결된 션트 스위치, 스위치 출력 포트에 연결된 바이패스 스위치 및 경로 내 커넥터 스위치들 중 적어도 하나의 세트를 갖는 적어도 하나의 RF 입력 포트;
    (b) 격리 션트 스위치 및, 경로 내(in-path) 커넥터 스위치들의 대응하는 하나의 세트에 각각 연결되는 적어도 하나의 회로 내(in-circuit) 경로 ― 각각의 회로 내 경로는 대응하는 타겟 회로의 입력에 커플링되도록 구성됨 ―;
    (c) 대응하는 타겟 회로의 출력에 커플링되도록 구성되고 대응하는 출력 커넥터 션트에 커플링되는 적어도 하나의 스위치 리턴 경로; 및
    (d) 대응하는 하나의 스위치 리턴 경로 및 상기 스위치 출력 포트에 커플링되는 적어도 하나의 출력 커넥터 스위치를 포함하는,
    무선 주파수(RF) 신호 스위치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 RF 신호 스위치는, 선택된 RF 입력 포트 및 선택된 타겟 회로에 대한 회로 내 모드에서, 상기 선택된 RF 입력 포트에 인가된 신호가 어떠한 다른 스위치도 통과하지 않고 상기 선택된 RF 입력 포트에 대한 대응하는 경로 내 커넥터 스위치들 중 오직 하나를 통과하도록 구성되는,
    무선 주파수(RF) 신호 스위치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 RF 신호 스위치는 선택된 RF 입력 포트에 대한 바이패스 모드에서, 상기 선택된 RF 입력 포트에 인가된 신호가 상기 선택된 RF 입력 포트에 대한 대응하는 바이패스 스위치를 통해 상기 스위치 출력 포트에 전달되고, 각각의 타겟 회로의 입력은 상기 스위치 출력 포트로부터 격리되도록 구성되는,
    무선 주파수(RF) 신호 스위치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 RF 신호 스위치는 선택된 RF 입력 포트 및 선택된 타겟 회로에 대한 회로 내 모드에서 구성되고,
    (a) 상기 선택된 RF 입력 포트에 대한 상기 션트 스위치 및 바이패스 스위치는 개방되고, 상기 선택된 RF 입력 포트에 대한 하나의 회로 내 경로에 대응하는 상기 경로 내 커넥터 스위치 중 적어도 하나의 세트는 단락되고, 상기 하나의 회로 내 경로에 대응하는 격리 션트 스위치는 개방되고, 상기 선택된 타겟 회로에 대한 스위치 리턴 경로에 대응하는 출력 커넥터 션트 스위치는 개방되고, 상기 선택된 타겟 회로에 대한 스위치 리턴 경로에 대응하는 출력 커넥터 스위치는 단락되고;
    (b) 각각의 다른 RF 입력 포트에 대해, 각각의 경로 내 커넥터 스위치들 및 바이패스 스위치는 개방되고, 상기 각각의 션트 스위치는 단락되는,
    무선 주파수(RF) 신호 스위치.
  5. 제4항에 있어서,
    각각의 선택되지 않은 타겟 회로를 각각의 적어도 하나의 RF 입력 포트 및 상기 스위치 출력으로부터 격리시키는 단계를 더 포함하는,
    무선 주파수(RF) 신호 스위치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 RF 신호 스위치는 선택된 RF 입력 포트에 대한 바이패스 모드에서,
    (a) 상기 션트 스위치 및 상기 선택된 RF 입력 포트에 대한 경로 내 커넥터 스위치들의 각각의 세트는 개방되고, 상기 선택된 RF 입력 포트에 대한 바이패스 스위치는 단락되고, 각각의 격리 션트 스위치 및 각각의 출력 커넥터 션트 스위치는 단락되고, 각각의 출력 커넥터 스위치는 개방되고;
    (b) 각각의 다른 RF 입력 포트에 대해, 각각의 경로 내 커넥터 스위치 및 바이패스 스위치는 개방되고, 상기 각각의 션트 스위치는 단락되도록 구성되는,
    무선 주파수(RF) 신호 스위치.
  7. 제1항에 있어서,
    각각의 바이패스 스위치는 "T" 타입 직렬/션트/직렬 바이패스 스위치 회로를 포함하는,
    무선 주파수(RF) 신호 스위치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 "T" 타입 직렬/션트/직렬 회로는 제2 직렬 스위치에 대한 접합부에 연결되는 제1 직렬 스위치 및 상기 접합부 및 회로 접지에 연결된 션트 스위치를 포함하고, (a) 바이패스 모드에서 활성 RF 입력 포트에 대해, 상기 제1 직렬 스위치 및 제2 직렬 스위치는 단락되고, 상기 션트 스위치는 개방되고; (b) 회로 내 모드에서 활성 RF 입력 포트의 경우 및 상기 회로 내 모드 또는 상기 바이패스 모드 중 어느 하나에서의 비활성 RF 입력 포트들의 경우, 상기 제1 직렬 스위치 및 상기 제2 직렬 스위치는 개방되고, 상기 션트 스위치는 단락되는,
    무선 주파수(RF) 신호 스위치.
  9. 제1항에 있어서,
    각각의 스위치는 전계 효과 트랜지스터인,
    무선 주파수(RF) 신호 스위치.
  10. 무선 주파수(RF) 신호 스위치로서,
    (a) 회로 접지에 연결된 션트 스위치, 스위치 출력 포트에 연결된 바이패스 스위치 및 경로 내 커넥터 스위치를 갖는 적어도 하나의 RF 입력 포트;
    (b) 격리 션트 스위치 및, 경로 내 커넥터 스위치들에 연결되는 회로 내 경로 ― 상기 회로 내 경로는 타겟 회로의 입력에 커플링되도록 구성됨 ―;
    (c) 상기 타겟 회로의 출력에 커플링되도록 구성되고 출력 커넥터 션트에 커플링되는 스위치 리턴 경로; 및
    (d) 상기 스위치 리턴 경로 및 상기 스위치 출력 포트에 커플링되는 출력 커넥터 스위치를 포함하는,
    무선 주파수(RF) 신호 스위치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 RF 신호 스위치는, (1) 선택된 RF 입력 포트에 인가된 신호가 어떠한 다른 스위치도 통과하지 않고 상기 선택된 RF 입력 포트에 대한 대응하는 경로 내 커넥터 스위치들 중 오직 하나를 통과하도록, 상기 선택된 RF 입력 포트 및 선택된 타겟 회로에 대한 회로 내 모드, 또는 (2) 상기 선택된 RF 입력 포트에 인가된 신호가 상기 선택된 RF 입력 포트에 대한 대응하는 바이패스 스위치를 통해 상기 스위치 출력 포트에 전달되고, 각각의 타겟 회로의 입력은 상기 스위치 출력 포트로부터 격리되도록, 선택된 RF 입력 포트에 대한 바이패스 모드에 있도록 구성가능한,
    무선 주파수(RF) 신호 스위치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 RF 신호 스위치는 선택된 RF 입력 포트에 대한 회로 내 모드에서,
    (a) 상기 션트 스위치, 및 상기 선택된 RF 입력 포트에 대한 바이패스 스위치는 개방되고, 상기 선택된 RF 입력 포트에 대한 경로 내 커넥터 스위치는 폐쇄되고, 상기 격리 션트 스위치 및 상기 출력 커넥터 션트 스위치는 개방되고, 상기 출력 커넥터 스위치는 폐쇄되고;
    (b) 각각의 다른 RF 입력 포트에 대해, 각각의 경로 내 커넥터 스위치들 및 바이패스 스위치는 개방되고, 상기 각각의 션트 스위치는 폐쇄되도록 구성되는,
    무선 주파수(RF) 신호 스위치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 RF 신호 스위치는 선택된 RF 입력 포트에 대한 바이패스 모드에서,
    (a) 상기 션트 스위치, 및 상기 선택된 RF 입력 포트에 대한 경로 내 커넥터 스위치는 개방되고, 상기 선택된 RF 입력 포트에 대한 상기 바이패스 스위치는 폐쇄되고, 상기 격리 션트 스위치 및 상기 출력 커넥터 션트 스위치는 폐쇄되고, 상기 출력 커넥터 스위치는 개방되고;
    (b) 각각의 다른 RF 입력 포트에 대해, 각각의 경로 내 커넥터 스위치 및 바이패스 스위치는 개방되고, 상기 각각의 션트 스위치는 폐쇄되도록 구성되는,
    무선 주파수(RF) 신호 스위치.
  14. 제10항에 있어서,
    각각의 바이패스 스위치는 "T" 타입 직렬/션트/직렬 바이패스 스위치 회로를 포함하는,
    무선 주파수(RF) 신호 스위치.
  15. 제10항에 있어서,
    각각의 스위치는 전계 효과 트랜지스터인,
    무선 주파수(RF) 신호 스위치.
  16. 무선 주파수(RF) 신호들을 스위칭하기 위한 방법으로서,
    (a) 션트 스위치, 바이패스 스위치, 및 경로 내 커넥터 스위치를 갖는 적어도 하나의 RF 입력 포트를 제공하는 단계;
    (b) 각각의 경로 내 커넥터 스위치를 회로 내 경로에 커플링시키는 단계 ― 상기 회로 내 경로는 타겟 회로의 입력에 커플링되도록 구성됨 ―;
    (c) 각각의 바이패스 스위치를 스위치 출력 포트에 커플링시키는 단계;
    (d) 각각의 션트 스위치를 회로 접지에 커플링시키는 단계;
    (e) 격리 션트 스위치를 상기 회로 내 경로에 커플링시키는 단계;
    (f) 스위치 리턴 경로를 제공하는 단계 ― 상기 스위치 리턴 경로는 상기 타겟 회로의 출력에 커플링되도록 구성됨 ―;
    (g) 출력 커넥터 션트 스위치를 상기 스위치 리턴 경로에 커플링시키는 단계; 및
    (h) 출력 커넥터 스위치를 상기 스위치 리턴 경로 및 상기 스위치 출력 포트에 커플링시키는 단계를 포함하는,
    방법.
  17. 제16항에 있어서,
    (a) 상기 션트 스위치, 및 상기 선택된 RF 입력 포트에 대한 바이패스 스위치를 개방하고, 상기 선택된 RF 입력 포트에 대한 경로 내 커넥터 스위치를 폐쇄하고, 상기 격리 션트 스위치 및 상기 출력 커넥터 션트 스위치를 개방하고, 상기 출력 커넥터 스위치를 폐쇄하고;
    (b) 각각의 다른 RF 입력 포트에 대해, 각각의 경로 내 커넥터 스위치 및 바이패스 스위치를 개방하고, 상기 각각의 션트 스위치를 폐쇄함으로써
    선택된 RF 입력 포트에 대한 회로 내 모드를 구성하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  18. 제16항에 있어서,
    (a) 상기 션트 스위치, 및 상기 선택된 RF 입력 포트에 대한 경로 내 커넥터 스위치를 개방하고, 상기 선택된 RF 입력 포트에 대한 상기 바이패스 스위치를 폐쇄하고, 상기 격리 션트 스위치 및 상기 출력 커넥터 션트 스위치를 폐쇄하고, 상기 출력 커넥터 스위치를 개방하고;
    (b) 각각의 다른 RF 입력 포트에 대해, 각각의 경로 내 커넥터 스위치 및 바이패스 스위치를 개방하고, 상기 각각의 션트 스위치를 폐쇄함으로써
    선택된 RF 입력 포트에 대한 바이패스 모드를 구성하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  19. 제16항에 있어서,
    각각의 바이패스 스위치는 "T" 타입 직렬/션트/직렬 회로를 포함하는,
    방법.
  20. 제16항에 있어서,
    각각의 스위치는 전계 효과 트랜지스터인,
    방법.
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