KR20200118369A - 보상기능이 있는 rf 스위치 - Google Patents

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Abstract

무선 주파수 스위치는 함께 커플링되어 스위치가능 RF 경로를 확립하는 제1 트랜지스터와 제2 트랜지스터, 및 제1 트랜지스터의 바디 단자와 제2 트랜지스터의 드레인 단자 사이에 커플링되는 제1 보상 회로망을 포함하며, 제1 보상 회로망은 제1 방향으로 제1 트랜지스터의 바디 단자와 제2 트랜지스터의 드레인 단자 사이에 흐르는 전류를 위한 경로를 확립하고 제1 방향에 반대인 제2 방향으로 흐르는 전류를 차단한다.

Description

보상기능이 있는 RF 스위치{RF SWITCH WITH COMPENSATION}
본 발명은 대체로 보상 회로를 갖는 무선 주파수(RF) 스위치 및 대응하는 보상 방법에 관한 것이다.
고전압 RF 스위치들이 고전압 RF 안테나들의 튜닝과 같은 다양한 애플리케이션들에서의 사용을 위해 본 기술분야에서 공지되어 있다. RF 스위치들은 RF 소스와 접지 사이에 직렬 구성으로 적층되는 복수의 트랜지스터들을 통상적으로 포함하고, 복수의 트랜지스터들의 노드들(또한 본 명세서에서 "단자들"이라고 지칭됨)을 바이어스하기 위한 동반 바이어스 회로를 통상적으로 포함한다. RF 스위치의 스택형 구성(stacked configuration)이 많은 응용들에 적합하지만, (예를 들어, RF 스위치가 RF 소스와 접지 사이에 커플링되는 경우에) 기생 누설 전류들이 극히 높은 피크 RF 전압들에서 복수의 트랜지스터들의 안팎으로 흐르기 시작할 수 있다. 기생 누설 전류들은 바이어스 회로의 설계된 바이어스 전압 값들을 변경할 수 있다.
일 실시예에 따라, 무선 주파수(RF) 스위치 디바이스는, 각각의 트랜지스터가 게이트 단자; 소스 단자; 드레인 단자; 및 바디(또는 "벌크") 단자를 포함하는 제1 트랜지스터와 제2 트랜지스터 - 제1 및 제2 트랜지스터들은 함께 직렬로 커플링되어 스위치가능 RF 경로를 확립함 -; 및 제1 트랜지스터의 바디 단자와 제2 트랜지스터의 드레인 단자 사이에 커플링되는 제1 보상 회로망 - 제1 보상 회로망은 제1 방향으로 제1 트랜지스터의 바디 단자와 제2 트랜지스터의 드레인 단자 사이에 흐르는 전류를 위한 경로를 확립하고 제1 방향에 반대인 제2 방향으로 상기 단자들 사이에 흐르는 전류를 차단하도록 구성됨 - 을 포함한다.
다른 실시예에 따라, 무선 주파수(RF) 스위치 디바이스는, 스위치가능 전류 경로를 형성하는 직렬 연결의 복수의 트랜지스터들; 복수의 트랜지스터들 중 N번째 트랜지스터의 바디 단자와 복수의 트랜지스터들 중 (N + 1)번째 트랜지스터의 드레인 단자 사이에 커플링되는 복수의 제1 보상 회로망들 - 제1 보상 회로망들 각각은 정류 소자를 포함함 - 을 포함한다.
다른 실시예에 따라, 스위치가능 전류 경로를 형성하는 제1 트랜지스터와 제2 트랜지스터를 포함하는 무선 주파수(RF) 스위치 디바이스를 보상하는 방법은, 제1 방향으로 제1 트랜지스터의 바디 단자와 제2 트랜지스터의 드레인 단자 사이에 제1 보상 전류를 생성하는 단계와 제1 방향에 반대인 제2 방향으로 단자들 사이에 흐르는 전류를 차단하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에 따라, 무선 주파수(RF) 스위치 디바이스는, 제1 트랜지스터와 제2 트랜지스터 - 제1 및 제2 트랜지스터들은 공통 노드에 직렬로 커플링되어 제2 트랜지스터의 부하 단자와 제1 트랜지스터의 부하 단자 사이에 스위치가능 RF 경로를 확립함 -; 및 제1 트랜지스터의 바디 단자와 제2 트랜지스터의 부하 단자 사이에 커플링되는 보상 회로망 - 보상 회로망은 제1 방향으로 제1 트랜지스터의 바디 단자와 제2 트랜지스터의 부하 단자 사이에 흐르는 전류를 위한 경로를 확립하고 제1 방향에 반대인 제2 방향으로 상기 단자들 사이에 흐르는 전류를 차단하도록 구성됨 - 을 포함한다.
본 발명 및 그것의 장점들의 더 완전한 이해를 위해, 첨부 도면들과 연계하여 다음의 설명들이 이제 참조될 것이며, 도면들 중:
도 1은 트랜시버, 복수의 커패시터들 및 RF 스위치들을 포함하는 안테나 튜너, 안테나, 그리고 제어기를 포함하는 일 실시예 RF 시스템의 블록도를 도시하며;
도 2a는 예시적인 바이어스 회로망을 포함하는 RF 스위치 배열체의 회로도이며;
도 2b는 누설 전류들과 설계된 바이어스 전압들로부터 멀어지는 대응하는 전압 시프트들을 생성하는, 높은 RF 전압들에 노출되는 도 2a의 RF 스위치 배열체의 회로도이며;
도 3은 도 2a 및 도 2b에서와 같지만 바이어스 회로가 제거되고 누설 전류 보상 회로를 포함하는 일 실시예 RF 스위치 배열체의 회로도이며;
도 4는 일 실시예에 따른, 도 3에 도시된 누설 전류 보상 회로망의 전형적인 I-V 응답을 예시하며;
도 5는 일 실시예에 따른, 바이어싱 회로를 포함하는 보상형 RF 스위치 배열체(compensated RF switch arrangement)에서의 전류 분포를 예시하는 회로도이며;
도 6은 일 실시예에 따른, 보상 회로망의 특정 구현예들을 도시하며;
도 7은 누설 전류 보상 회로를 포함하는 다른 실시예 RF 스위치 배열체의 회로도이며;
도 8a 및 도 8b는 누설 전류 보상 회로들을 포함하는 다른 실시예 RF 스위치 배열체의 회로도들이며;
도 9a 및 도 9b는 다수의 트랜지스터들을 포함하고 다수의 누설 전류 보상 회로들을 포함하는 다른 실시예 RF 스위치 배열체의 회로도들이며;
도 10a, 도 10b, 및 도 11은 적어도 하나의 누설 전류 보상 회로를 포함하는, 다수의 트랜지스터들을 포함하는 다른 실시예 RF 스위치 배열체의 회로도들이며;
도 12는 일 실시예에 따른, 누설 전류 보상 회로를 포함하는 PMOS 기반 RF 스위치 배열체의 회로도이며; 그리고
도 13은 대체 바이어싱 회로를 포함하는 RF 스위치 배열체의 회로도이다.
상이한 도면들에서의 대응하는 숫자 및 심볼들은 달리 표시되지 않는 한 대응하는 부분들을 일반적으로 지칭한다. 그 도면들은 바람직한 실시예들의 관련 양태들을 명확하게 예시하도록 그려졌지만 반드시 축척대로 그려진 것은 아니다. 특정한 실시예들을 더 명확하게 예시하기 위해, 동일한 구조, 재료, 또는 공정 단계의 변화들을 나타내는 문자가 도면 번호에 뒤따를 수 있다.
아래에서 설명되는 고전압 RF 스위치들은, 예를 들어, 안테나 튜닝 스위치가능 소자들로서, 그리고 특히 C-튜너들(커패시터 튜너들), Z-튜너들(임피던스 튜너들) 등과 같은 고전압 안테나 튜닝 스위치들과 튜닝가능 수동형 부품(component)들에서 사용될 수 있다. 고전압 RF 스위치들은 콤팩트 안테나들의 임피던스 및 방사 성질들을 조정하기 위해 셀룰러 핸드헬드 디바이스들에서 통상적으로 사용된다. 그것들은 외부 표면 실장 디바이스(Surface Mount Device)(SMD) 커패시터들 또는 인덕터들을 통해 안테나의 피드 또는 개구(aperture) 포인트들과 접지 사이에 통상적으로 부착된다.
아래에서 예시되고 설명되는 다양한 실시예들에서, 하나 이상의 누설 전류 보상 회로들이 RF 스위치 배열체에서 MOS 트랜지스터의 드레인 및 소스로부터 바디로 흐르는 누설 전류들의 영향을 완화시키는데 사용된다. 다양한 실시예들에서, 이들 누설 보상 회로들은 다이오드들 또는 다른 정류 소자들과 같은 비선형 소자들을 포함할 수 있다. 이들 누설 전류들을 보상함으로써, RF 스위치들의 설계된 바이어스 전압들에서의 누설 전류 유도된 시프트들이 완화 및/또는 회피될 수 있다.
본 명세서에서 언급되는 누설 전류들은 높은 Vgs 전압들에서 RF 스위치 트랜지스터들의 드레인 및 소스 단자들로부터 벌크 속으로 흐르는 게이트 유도 드레인 및 소스 누설 전류들(GIDL 및 GISL)을 포함할 수 있다. 이들 GIDL/GISL 누설 전류들은 고 임피던스 바이어싱 저항기들로부터 또는 그들 저항기들 속으로 흐를 때 RF 스위치에서의 스위치 트랜지스터들의 동작점(operating point)을 시프트시킨다. 실시예들에 따르면, 본 명세서에서 설명되는 누설 보상 회로들은, 비보상형 RF 스위치와 비교할 때, 상당한 누설 전류들의 존재에도 불구하고 RF 스위치에서의 스위치 트랜지스터들의 동작점을 원래 설계된 동작점에 더 가깝게 시프트시키는 것을 돕는다. GIDL/GISL 누설 전류들은 스위치 트랜지스터 내의 캐리어 전송에서의 양자 역학적 효과들 및 변경들에 의해 야기된다. GIDL 누설 전류는, 예를 들어, 게이트 산화물 밑의 드레인에 있는 좁은 공핍 영역에서 발생하는 터널링에 의해 적어도 부분적으로 야기된다.
도 1은 실시예 RF 스위칭 배열체들을 이용하도록 구성될 수 있는 RF 시스템(100)을 도시한다. 도시된 바와 같이, RF 시스템(100)은 안테나 튜너(104)를 통해 안테나(106)에 커플링되는 RF 트랜시버(102)를 포함한다. 안테나 튜너는 스위치들(S1, S2, S3, S4, S5 및 S6)을 통해 안테나(106)에 선택적으로 커플링될 수 있는 션트 커패시터들(C1, C2 및 C3)을 포함한다. 다양한 실시예들에서, 스위치들(S1, S2, S3, S4, S5 및 S6)은 본 명세서에서 설명되는 RF 스위칭 배열체들을 사용하여 구현될 수 있다. 동작 동안, 제어기(108)는 트랜시버(102)에 의해 제공되는 안테나 설정에 따라 스위치(S1, S2, S3, S4, S5 및 S6)을 선택적으로 턴 온 및 턴 오프하는 제어 신호들을 제공한다. 안테나 튜너의 스위치 구성은 다양한 주파수들에 걸쳐 안테나(106)와 트랜시버(102) 사이에 RF 매치를 제공하는데 사용될 수 있다. RF 시스템(100)은, 예를 들어, 멀티 대역 셀룰러 통신 애플리케이션들에서 사용될 수 있다. RF 시스템(100)은 실시예 RF 스위칭 배열체들을 이용할 수 있는 많은 응용 예들 중 하나일 뿐이라는 것이 이해되어야 한다. RF 스위치들은, 예를 들어, 신호 선택 스위치들을 요구하는 애플리케이션들에서, 그리고 테스트 하의 기구들 및 디바이스들 사이의 신호 라우팅을 위한 마이크로파 테스트 시스템 애플리케이션들에서 사용될 수 있다.
도 1에서, 대표적인 RF 스위치 노드들(110, 112, 114, 및 116)이 스위치들을 가로질러 인가된 RF 전압들을 더 예시하기 위해 또한 도시된다. 예를 들어, 스위치(S5)의 제1 스위칭 노드(110)가 안테나(106)에 의해 제공되는 RF 전압 소스에 커플링된다. 제2 스위칭 노드(112)가 커패시터(C3)의 제1 노드에 의해 제공되는 중간 RF 전압 소스에 커플링된다. 스위치(S6)의 제1 스위칭 노드(114)가 커패시터(C3)의 제2 노드에 의해 제공되는 다른 중간 RF 전압 소스에 커플링된다. 스위치(S6)의 제2 스위칭 노드(116)가 접지에 직접 커플링된다. 스위치들(S5 및 S6)은 도 2a 및 도 2b를 참조하여 아래에서 더 상세히 예시되고 설명되는 트랜지스터 게이트 전압의 인가에 의해 "온" 상태와 "오프" 상태 사이에서 스위칭된다. 따라서, RF 스위치들은, 실시예들에서, RF 전압의 제1 소스와 RF 전압의 제2 소스 사이에, 또는 RF 전압의 소스와 접지 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 교류 전압 신호를 제공하는 RF 전압 소스들을 포함하는 다른 RF 전압 소스들이 사용될 수 있다.
안테나 튜닝 스위치 설계에서의 전형적인 도전과제는 RF 주파수들에서의 고전압 핸들링을 성취하여, 80 V 피크 이상의 값들에 도달하면서 동시에 더 낮은 RF 전압들에서 동일하거나 또는 유사한 성능을 유지하는 것이다. 그 스위치들은 실리콘 또는 다른 기판 상의 스택형 MOSFET 디바이스들로서 구현된다.
다양한 실시예들에서, RF 스위치 배열체들에서 사용되는 MOS 트랜지스터가 게이트 단자, 소스 단자, 드레인 단자 및 바디 단자를 포함한다. MOS 트랜지스터는 하이 오믹(high-ohmic) 선형 저항기들의 사용에 의해 원하는 동작점으로 바이어스된다. 일부 실시예들에서, 고 저항성(high-resistive) DC 경로가 게이트, 소스, 드레인 및 바디 단자들을 포함하는 모든 단자들에 제공된다. 하이 오믹 바이어스 저항기들을 통해 각각의 단자에 타겟 DC 전압들을 인가한 후, 게이트-소스, 게이트-드레인, 드레인-바디 및 소스-바디 전압들은 스위치 배열체에서 MOS 트랜지스터의 동작점을 정의한다.
기생 누설 전류들은 높은 동작 전압들에서 생성될 수 있고 상당한 전압 강하들을 생성하는 하이 오믹 바이어스 저항기들 안으로 흐른다. 따라서, 고전압 RF 스위치의 원하는 동작점은 원하는 동작점으로부터 시프트되어, 성능의 손실을 야기하고, 극단적인 경우들에서는, 신호 왜곡을 야기한다.
도 2a, 도 2b, 도 3, 도 4, 및 도 5는 이들 누설 전류의 특성 및 효과 둘 다와, 실시예 누설 보상 회로들에 의해 제공되는 해결책을 이해하는데 더 도움이 되도록 아래에서 설명되는 일련의 회로도들을 도시한다. 도 2a는 바이어스 회로를 포함하는 비보상형 RF 스위치 배열체의 부분의 회로도이다. 도 2b는 도 2a에 도시된 바와 동일한 회로도이지만, RF 스위치 배열체가 고전압 RF 신호에 노출될 때의 게이트 유도 드레인 및 소스 누설 전류들을 도시하고 있다. 도 3은 누설 전류 보상 회로를 포함하는 RF 스위치 배열체의 동일한 부분의 회로도이지만, 보상 회로의 동작을 이해하기 쉽게 바이어싱 회로부가 제거된 회로도이다. 도 4는 누설 보상 회로의 비선형 특성을 예시하고, 도 5는 RF 스위치 배열체의 이전에 예시된 바와 동일한 부분이지만 바이어싱 회로부 및 누설 보상 회로 둘 다를 포함하는 부분을 도시한다.
도 2a는 제1 NMOS 트랜지스터(M1)가 제2 NMOS 트랜지스터(M2)와 직렬 연결되는 고전압 RF 스위치의 예시적인 회로 부분(200)을 도시한다. 직렬 연결에서, 트랜지스터(M1)의 소스 노드가 트랜지스터(M2)의 드레인 노드에 커플링된다. 트랜지스터(M2)의 드레인 노드는 RF 고전압 소스에 직접적으로, 또는 하나 이상의 트랜지스터들을 통해 간접적으로, 또한 직렬 연결로 커플링된다. 트랜지스터(M1)의 소스 노드는 접지 또는 다른 RF 고전압 소스에 직접적으로, 또는 하나 이상의 트랜지스터들을 통해 간접적으로, 또한 직렬 연결로 커플링된다. 트랜지스터(M1)의 게이트 노드는 바이어싱 저항기(Rg1)를 통해 게이트 바이어스 전압(Vg)에 커플링되고, 트랜지스터(M2)의 게이트 노드는 바이어싱 저항기(Rg2)를 통해 게이트 바이어스 전압(Vg)에 커플링된다. 트랜지스터(M1)의 바디 노드는 바이어싱 저항기(Rb1)를 통해 바디 바이어스 전압(Vb)에 커플링되고, 트랜지스터(M2)의 바디 노드는 바이어싱 저항기(Rb2)를 통해 바디 바이어스 전압(Vb)에 커플링된다. 트랜지스터들(M1 및 M2) 사이의 소스-드레인 노드는 저항기(Rs1)를 통해 Vs 바이어스 전압에 커플링된다. 위에서 설명된 바이어싱 회로부는 도 2a에 도시되지 않은 임의의 추가적인 직렬 연결된 트랜지스터들을 위해 반복되고 사용될 수 있다. 제1 및 제2 트랜지스터들의 게이트 노드들은 트랜지스터들을 턴 온하고 오프하도록 스위칭된다. 일 실시예에서, 스위치를 통과하는 스위치가능 전류 경로는 제2 트랜지스터(M2)의 드레인 노드로부터 소스 노드까지 그리고 제1 트랜지스터(M1)의 드레인 노드로부터 소스 노드까지이다.
도 2a에 도시된 RF 스위치 배열체는 소스-드레인 노드들에서 고 임피던스(rsd1)를 그리고 바디 노드들에서 rb1을 제공하며, 아래에서 설명되는 다른 RF 스위치 배열체들을 위해 rsd1 및 rb1에 대해 아마도 상이한 절대 값들을 가진다.
도 2b는 높은 RF 전압들에 노출된 RF 스위치 배열체(200)의 회로도이다. 도 2b의 회로는 따라서, 라벨표시된(labeled) 추가적인 누설 전류 및 라벨표시된 시프트 바이어싱 전압들을 제외하면, 도 2a에 도시된 회로와 유사하다. 인가된 높은 RF 전압들에 대한 노출로부터 발생된 누설 전류들과 그것들의 바이어싱 회로부에 대한 영향은 아래에서 더 상세히 설명된다.
RF 스위치(200)가 RF 주파수들에서의 높은 피크 전압들(스택에서의 각각의 개별 트랜지스터에 걸리는 전압 강하는 주어진 MOS 트랜지스터 유형에 대해 최대 허용가능 레벨에 가까워지는 피크 전압으로서 정의됨)에 노출될 때, 기생 누설 전류들(i leakd 및 i leaks )은 RF 스위치 배열체에서의 각각의 MOS 트랜지스터의 드레인 및 소스 단자들로부터 바디 단자들 속으로 흐르기 시작한다. 이 전류는 각각의 하이 오믹 바이어스 저항기들 속으로 흐를 때 MOS 트랜지스터들의 동작점을 시프트시키며: 소스 전압은
Figure pat00001
의 값만큼 시프트되며; 그리고 바디 전압은
Figure pat00002
의 값만큼 시프트된다. 기생 누설 전류들의 바이어스 시프팅 효과는 도 2에서 예시된다.
도 2a 및 도 2b는 두 개의 MOS 트랜지스터들을 갖는 RF 스위치 배열체들을 위한 RF 스위치 배열체들에서의 바이어스 회로망들의 회로도들이다. 직렬 배열로 커플링된 두 개의 트랜지스터들이 도 2a 및 도 2b의 회로들에서 도시되지만, 이들 회로들은 직렬 커플링된 다수의 트랜지스터들(예를 들어, 일 실시예에서, 10 또는 20 개의 이러한 트랜지스터들)을 포함하는 더 큰 고전압 RF 스위치의 일부일 수 있다는 것이 본 기술분야의 통상의 기술자들에 의해 이해될 것이다. 스위치에서 사용되는 트랜지스터들의 총 수는 스위치에서의 각각의 트랜지스터의 절연파괴 전압과, 스위칭되는 최대 인가 피크 RF 전압에 의해 결정된다.
도 3은 트랜지스터들(M1 및 M2), 및 누설 전류 보상 회로(C1)를 포함하는 일 실시예 RF 스위치 배열체(스위치 배열체가 본 명세서에서 RF 스위치 디바이스라고 또한 지칭되고, 직렬 연결된 스택형 구성으로 복수의 RF 트랜지스터들을 포함하는 보상형 또는 비보상형 RF 스위치라고 지칭될 수 있음)의 회로도(300)이다. 도 3에서, 도 2a 및 도 2b에서 이전에 도시된 바이어싱 회로들은 누설 전류 보상 회로(C1)를 이해함에 있어서 용이함을 위해 도시되지 않았다. 누설 전류 보상 회로(C1)는 도 2a 또는 도 2b에 예시된 바이어싱 회로들, 또는 다른 바이어싱 회로들과 함께 사용될 수 있다. 누설 전류 보상 회로(C1)는 다른 바이어싱 회로들과 함께 또한 사용될 수 있다. 하나 이상의 누설 보상 회로들은 원하는 바이어싱 전압들이 설계된 공칭 값으로부터 멀어지게 시프트되지 않는 방식으로 누설 전류들을 바이어싱 저항기들로부터 멀어지게 그리고 다시 RF 스위치 속으로 진행시키도록 RF 스위치에서 사용될 수 있다. 실시예들에서, 하나 또는 두 개의 보상 회로들이 RF 스위치에서의 각각의 트랜지스터에 제공되지만; 보상 회로들과 트랜지스터들 사이의 일 대 일 대응은 필요하지 않다. RF 스위치에서 복수의 트랜지스터들보다 적은 복수의 보상 회로들, 또는 심지어 하나의 보상 회로가, 비보상형 RF 스위치와 비교할 때 바이어싱 전압들을 유지하는데 여전히 긍정적인 영향을 미칠 것이다.
일 실시예에 따르면, 비선형 보상 회로망을 포함하는 누설 전류 보상 회로(C1)가 도 3에 도시된 바와 같은 RF 스위치 배열체(300)에서 제1 트랜지스터(M1)의 바디 단자와 제2 트랜지스터(M2)의 드레인 단자 사이에 커플링된다. 누설 전류 보상 회로(C1)의 비선형 보상 회로망은 회로망을 가로지르는 주어진 전압에 대해 제1 트랜지스터(M1)의 바디 단자로부터 제2 트랜지스터(M2)의 드레인 단자를 향하는 제1 방향(큰 화살표 지정명(designation) 302)에서 전류를 바이패스하고 인가된 전압이 반전되면 제2 트랜지스터(M2)의 드레인 단자로부터 제1 트랜지스터(M1)의 바디 단자를 향하는 제2 방향 (작은 화살표 지정명 304)에서 전류를 차단하도록 구성된다. 이 방식으로, 누설 전류들은 누설 보상 회로를 통해 RF 스위치 스택 속으로 다시 흡수되고, 원하는 바이어싱 전압들을 아래에서, 특히 도 5의 설명에 관해 더 상세히 설명되는 바와 같이 시프트하는데 이용 가능하지 않다.
일부 실시예들에서, RF 스위치 배열체(300), 다른 RF 스위치 배열체들, 뿐만 아니라 본 명세서에서 설명되는 트랜지스터들(M1 및 M2)과 같은 개별 스위치 트랜지스터들은 도 3에 도시된 것들과 같은 소스 및 드레인 지정명들이 상호 교환 가능하도록 대칭적이다. 일부 실시예들에서, 개별 스위치 트랜지스터들은 물리적으로 대칭적일 수 있으며, 그들 트랜지스터들에서 소스 및 드레인의 레이아웃 및 구성은 실질적으로 동일하다. 따라서, 드레인은 부하 단자로서 지정될 수 있고, 소스는 부하 단자로서 또한 지정될 수 있다. 따라서, 도 3에서, RF 스위치 배열체(300)는 공통 노드(트랜지스터(M2)의 소스 및 트랜지스터(M1)의 드레인)에 직렬로 커플링되어 트랜지스터(M2)의 부하 단자(트랜지스터(M2)의 드레인) 및 트랜지스터(M1)의 부하 단자(트랜지스터(M1)의 소스) 사이의 스위치가능 RF 경로를 확립하는 제1 트랜지스터(M1) 및 제2 트랜지스터(M2)와, 트랜지스터(M1)의 바디 단자 및 트랜지스터(M2)의 부하 단자 사이에 커플링되는 보상 회로망을 포함하며, 보상 회로망은 제1 방향으로 제1 트랜지스터의 바디 단자와 제2 트랜지스터의 부하 단자 사이에 흐르는 전류를 위한 경로를 확립하고 제1 방향에 반대인 제2 방향으로 그들 단자들 사이를 흐르는 전류를 차단하도록 구성된다.
도 4는 일 실시예에 따른 누설 전류 보상 회로망(C1)의 전형적인 I-V 응답(408)을 예시한다. 일상적인 말로, 보상 회로망(C1)의 I-V 특성(408)이 함수 Ic(Vc)에 의해 설명되며, Ic는 회로망(400)을 통해 흐르는 전류이고 Vc는 회로망을 통해 인가된 전압이면, 도 4에 도시된 바와 같이, 수학식 [1]에서의 다음의 관계가 일반적으로 유효하다:
Ic(Vc) > -Ic(-Vc). [1]
수학식 [1]은 보상 회로망에서 사용되는 다이오드들 또는 다이오드 연결된 트랜지스터들의 절연파괴 조건들 동안과 같은 특정한 예외 조건들 하에서 적용되지 않는다.
도 5는 일 실시예에 따른, 보상형 RF 스위치 배열체에서의 전류 분포를 예시하는 회로도이다. 도 5는 도 1a에 관해 이전에 도시된 RF 스위치 회로 부품들 및 바이어싱 부품들과, 도 2에 도시된 누설 전류 라벨들, 뿐만 아니라 도 3에 도시된 누설 전류 보상 회로를 도시한다. 추가적으로, 도 5는 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 이상적으로 최소화되는 바이어싱 저항기들을 통해 흐르는 "에러 전류들"의 예시를 포함한다.
보상 회로망(C1)의 특성은 제1 트랜지스터(M1)의 바디 단자로부터 제2 트랜지스터(M2)의 드레인 단자 속으로 흐르는 평균 전류가 주어진 RF 동작 전압에 대해 (i leakd + i leaks )와 유사하도록 구성되어서, 도 5에 도시된 바와 같이, 바디 단자로부터의 누설 전류들은 제2 트랜지스터의 드레인 단자 속으로 대부분 포워딩되고 누설 전류의 일부만이 바이어스 저항기들 속으로 흐른다.
보상형 RF 스위치 배열체에서의 전류들은 다음과 같이 요약된다: RF 스위치에서의 각각의 MOS 트랜지스터는 (i leakd + i leaks )의 누설 전류를 생성하며; 보상 회로망은 제1 트랜지스터(M1)의 바디 단자와 제2 트랜지스터(M2)의 드레인 단자 사이의 i comp 의 전류를 바이패스하며; (i leakd + i leaks )와 i comp 사이의 차이인 i error 의 에러 전류는 바이어스 저항기들 속으로 흐르고; 누설 전류 보상 회로망(C1)은 |i error | < |i leakd + i leaks |, 이상적으로는 |i error | = 0을 제공하도록 최적화될 수 있다. 바이어스 저항기들(Rs2 및 Rb1)을 통과하는 에러 전류가 최소화되거나 또는 감소되면, 대응하는 전압이 이들 바이어스 저항기들 상에서 강하되어서, 고전력(높은 인가된 RF 전압)에서의 동작점의 시프트가 비보상형 RF 스위치 배열체와 비교할 때 더 작아진다. 전류 보상 회로망은 누설 전류(i leakd + i leaks )를 초과하는 보상 전류(i comp )를 제공하도록 구성될 수 있어서, i error 는 극성을 변경하고 RF 스위치는 과잉보상되며, 이는 RF 스위치 배열체의 게이트-소스 바이어스 전압이 인가된 RF 전압의 증가에 따라 증가한다는 것을 의미한다.
따라서 도 5는 도 2a 및 도 2b에 도시된 바이어스 회로에 따른, 션트 바디 및 드레인/소스 바이어스 회로망을 갖는 보상형 RF 스위치 배열체의 일 예를 입증한다. 누설 전류 보상 회로(C1)는 원한다면 임의의 다른 구성의 바이어스 회로망과 함께 또한 사용될 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른, 보상 회로망(C1)의 특정 구현예들을 도시한다.
수학식 [1]에 도시된 관계를 일반적으로 충족시키는 응답을 제공하는 보상 회로망(C1)의 다양한 구현예들(절연파괴 조건들과 같은 비정상적 동작 조건들을 제외함)이 사용될 수 있다. 그 회로망은 다이오드들, 다이오드들 및 저항기들, 다이오드 구성들의 트랜지스터들을 포함하는 수동형 부품들, 뿐만 아니라 증폭기들, 피드백 루프들에서의 연산 증폭기들, 및 다른 유사한 회로들을 포함하는 수동형 및 능동형 정류 부품들의 조합과 같은 정류 부품들을 사용하여 구현될 수 있다. 보상 회로망(C1)을 위한 가능한 구현예들의 리스트는 다음을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다:
단일 다이오드(620)을 포함하는, p-n 접합으로 또한 알려진 반도체 다이오드 회로(602);
직렬로 커플링된 복수의 반도체 다이오드들(620 및 624)을 포함하는 반도체 다이오드 회로(606);
반도체 다이오드 및 저항기(622)를 포함하는 반도체 다이오드 회로(604);
저항기(622)과 직렬로 커플링된 복수의 반도체 다이오드들(620 및 624)을 포함하는 반도체 다이오드 회로(608);
다이오드 연결의 트랜지스터(630)(다이오드 연결된 트랜지스터)를 포함하는 트랜지스터 회로(610);
저항기(632)와 직렬로 커플링된 다이오드 연결의 트랜지스터(630)를 포함하는 트랜지스터 회로(612);
채널과 직렬로 커플링된 저항기(632)와의 다이오드 연결의 트랜지스터(630)를 포함하는 트랜지스터 회로(614); 및
직렬로 커플링된 다수의 저항기들(632 및 634)을 포함하는 다이오드 연결의 트랜지스터(630)를 포함하는 회로.
도 6의 다이오드들은 실리콘 또는 다른 기판에서의 확산 영역들에 의해 구현될 수 있고, 폴리실리콘 다이오드, 제너 다이오드, 쇼트키 다이오드, 또는 임의의 다른 유형들의 다이오드들을 포함할 수 있다. 다이오드 연결된 트랜지스터들은 다이오드 연결된 MOSFETS, BJT들과 같은 다이오드 연결된 바이폴라 디바이스들, 접합 전계효과 트랜지스터들, 뿐만 아니라 임의의 다른 유형의 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 저항기들은 집적 회로 확산 또는 금속 저항기들을 포함할 수 있고, 일 실시예에서, 피크 누설 전류와 매칭하도록 크기가 정해질 수 있다. 예를 들어, 누설 전류 회로(604)의 경우, 저항기(622)에 걸리는 전압은 회로(604)에 걸리는 전압 빼기 다이오드(620)에 걸리는 전압을 측정함으로써 결정된다. 저항기(622)에 걸리는 나머지 전압은 보상하고자 하는 피크 누설 전류에 의해 나누어져, 저항기(622)의 값을 결정한다. 저항기(622)는 따라서 피크 누설 전류 이하의 매칭 전류를 생성한다. 과잉보상형 RF 스위치의 경우, 저항기(622)는 피크 누설 전류를 초과하는 매칭 전류를 생성한다.
하나의 방향에서 반대 방향보다 더 큰 전류를 바이패스하는 것을 허용하는 정류 성질들을 가지고서 사용될 수 있는 이전에 설명된 비선형 함수의 다른 구현예들이 또한 있다. 많은 통합 및 개별 부품들이 본 명세서에서 설명되는 누설 전류 보상 회로에서 사용되는 정류 성질들을 구현하는데 이용 가능하다.
도 7은, 예를 들어 도 3에 관해, 이전에 설명된 바와 같은 누설 전류 보상 회로(C1)를 포함하는 다른 실시예 RF 스위치 배열체의 회로도(700)이다. 바이어싱 회로가 회로도(700)의 이해를 쉽게 하기 위해 도 7에서 도시되지 않지만, 바이어싱 회로는 일반적인 응용에서 구현될 것이다. 도 7에 도시된 트랜지스터들(M1 및 M2) 및 누설 전류 보상 회로(C1)과 그것들의 상호연결들은 이전에 설명되어 있다. 그러나, 도 7에서, 추가적인 트랜지스터(M3)가 트랜지스터들(M1 및 M2) 사이에 직렬 연결로 개재되어 있다는 것에 주의한다. 다시 말하면, 트랜지스터(M3)의 드레인 노드는 트랜지스터(M2)의 소스 노드에 커플링되고, 트랜지스터(M3)의 소스 노드는 트랜지스터(M1)의 드레인 노드에 커플링된다. 도 7에 도시된 구성에서, 트랜지스터(M1)의 바디 노드에서 밖으로 흐르는 누설 전류들은 누설 전류 보상 회로(C1)의 작용을 통해 바이패스되고 트랜지스터(M2)의 드레인 안으로 흐른다. 트랜지스터(M3)와 같은 직렬 연결의 추가적인 트랜지스터들(하나, 두 개, 또는 더 많은 이러한 트랜지스터들)은 트랜지스터들(M1 및 M2) 사이에 개재될 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 RF 스위치 배열체에 인가된 정현파 또는 다른 주기적 RF 신호 파형의 양의 반 주기(positive half-period) 및 음의 반 주기(negative half-period) 둘 다 동안 생성되는 누설 전류들을 보상하기 위한 누설 전류 보상 회로들을 포함하는 다른 실시예 RF 스위치 배열체의 회로도들이다. 다시, 바이어싱 회로는 8a 및 도 8b에서 명료함을 위해 생략되지만, 일반적인 응용에서 포함될 것이다.
도 8a는 모두가, 예를 들어 도 3에 관해, 이전에 설명된 트랜지스터들(M1, M2), 및 누설 전류 보상 회로(C1)를 포함하는 회로(800A)를 예시한다. 추가적으로, 도 8a는 트랜지스터(M1)의 소스 노드와 트랜지스터(M2)의 바디 노드 사이에 커플링되는 제2 누설 전류 보상 회로(C2)를 도시한다. 도 8a에 도시된 구성에서, 트랜지스터(M1)의 바디 노드에서 밖으로 흐르는 누설 전류들은 인가된 RF 신호 파형의 전반 주기에 누설 전류 보상 회로(C1)의 작용을 통해 바이패스되고 트랜지스터(M2)의 드레인 안으로 흐른다. 도 8a에 도시된 구성에서, 트랜지스터(M2)의 바디 노드에서 밖으로 흐르는 누설 전류들은 인가된 RF 신호 파형의 후반 주기에 누설 전류 보상 회로(C2)의 작용을 통해 바이패스되고 트랜지스터(M1)의 드레인 안으로 흐른다. 보상 회로들(C1 및 C2)의 작용은 도 8b에 도시된 특정 예를 참조하여 아래에서 더 상세히 설명된다.
도 8b는 도 8a에서와 같이 트랜지스터들(M1 및 M2)을 포함하는 회로(800B)를 예시한다. 누설 전류 보상 회로(C1)는 다이오드(D1) 및 직렬 연결된 저항기(R1)를 포함하는 특정 구현예로서 도 8b에 도시된다. 누설 전류 보상 회로(C2)는 다이오드(D2) 및 직렬 연결된 저항기(R2)를 포함하는 특정 구현예로서 도 8b에 도시된다. 인가된 RF 전압의 양의 반 주기(802) 동안, 기생 누설 전류들(i gidl 및 i gisl )은 다이오드(D1) 및 저항기(R1)를 통해 트랜지스터(M2)의 벌크 노드 밖으로 흐르고 트랜지스터(M1)의 소스 노드 안으로 흐른다. 저항기(R1)가 정확하게 크기가 정해지면, 트랜지스터(M2)의 벌크 노드에서 밖으로 흐르는 전류는 0이 될 것이다. 인가된 RF 전압의 음의 반 주기(804) 동안, 기생 누설 전류들(i gidl 및 i gisl )은 다이오드(D2) 및 저항기(R2)를 통해 트랜지스터(M1)의 벌크 노드 밖으로 흐르고 트랜지스터(M2)의 드레인 노드 안으로 흐른다. 저항기(R2)가 정확하게 크기가 정해지면, 트랜지스터(M1)의 벌크에서 밖으로 흐르는 전류는 0이 될 것이다.
양의 반 주기(802) 및 음의 반 주기(804) 동안 예시적인 DC 바이어싱 전압들 및 피크 AC 인가된 RF 전압들은 도 8b에서 또한 예시된다. DC 바이어싱 전압들 및 피크 AC 인가된 RF 전압들은 예들일 뿐이고, 다른 전압들이 상이한 응용에서 사용될 수 있다. RF 스위치 스택에서 트랜지스터들(M1 및 M2)과는 상이한 다른 트랜지스터들(도시되지 않음)이 분석된다면 상이한 전압들이 또한 나타난다.
양의 반 주기(802) 동안, 트랜지스터(M2)의 드레인 노드에서의 피크 AC 전압(Vd2)은 6 볼트이며, 트랜지스터(M2)의 벌크 노드에서의 피크 AC 전압(Vb2)은 4.5 볼트이며, 트랜지스터(M1)의 드레인 노드에서의 피크 AC 전압(Vd1)은 3 볼트이고, 트랜지스터(M1)의 벌크 노드에서의 피크 AC 전압(Vb1)은 1.5 볼트이다. 트랜지스터(M1)의 소스는 도 8b에서 접지에 커플링된다. 양의 반 주기(802) 동안, 트랜지스터(M2)의 드레인 노드에서의 DC 바이어싱 전압(Vd2), 트랜지스터(M1)의 드레인 노드에서의 Vd1, 및 트랜지스터(M1)의 소스 노드에서의 Vs1은 모두가 0 볼트로 설정된다. 트랜지스터(M2)의 벌크 노드에서의 DC 바이어싱 전압(Vb2) 및 트랜지스터(M1)의 벌크 노드에서의 DC 바이어싱 전압 (Vb1)은 둘 다가 음의 2 볼트로 설정된다. AC 및 DC 전압들의 합은 따라서 트랜지스터(M2)의 드레인에서의 6 볼트(Vd2), 트랜지스터(M2)의 벌크 노드에서의 2.5 볼트(Vb2), 트랜지스터(M1)의 드레인 노드에서의 3 볼트(Vd1), 트랜지스터(M1)의 벌크 노드에서의 -0.5 볼트(Vb1), 및 트랜지스터(M1)의 소스 노드에서의 0 볼트이다. 다이오드(D1) 및 저항기(R1)를 포함하는 제1 누설 보상 회로에 걸리는 전압(806)은 따라서 2.5 볼트이다. 저항기(R1)는 그러므로 단지 작거나 또는 전혀 없는 에러 전류가 트랜지스터(M2)의 벌크 노드 안팎으로 흐르도록 기생 누설 전류들(i gidl 및 i gisl )의 합 이하의 대응하는 보상 전류를 생성하기 위해 적절히 크기가 정해질 수 있다.
음의 반 주기(804) 동안, 트랜지스터(M2)의 드레인 노드에서의 피크 AC 전압(Vd2)은 음의 6 볼트이며, 트랜지스터(M2)의 벌크 노드에서의 피크 AC 전압(Vb2)은 -4.5 볼트이며, 트랜지스터(M1)의 드레인 노드에서의 피크 AC 전압(Vd1)은 음의 3 볼트이고, 트랜지스터(M1)의 벌크 노드에서의 피크 AC 전압(Vb1)은 -1.5 볼트이다. 트랜지스터(M1)의 소스는 도 8b에서 접지에 커플링된다. 음의 반 주기(804) 동안, 트랜지스터(M2)의 드레인 노드에서의 DC 바이어싱 전압(Vd2), 트랜지스터(M1)의 드레인 노드에서의 Vd1, 및 트랜지스터(M1)의 소스 노드에서의 Vs1은 모두가 0 볼트로 설정된다. 트랜지스터(M2)의 벌크 노드에서의 DC 바이어싱 전압(Vb2) 및 트랜지스터(M1)의 벌크 노드에서의 DC 바이어싱 전압 (Vb1)은 둘 다가 음의 2 볼트로 설정된다. AC 및 DC 전압들의 합은 따라서 트랜지스터(M2)의 드레인에서의 음의 6 볼트(Vd2), 트랜지스터(M2)의 벌크 노드에서의 -6.5 볼트(Vb2), 트랜지스터(M1)의 드레인 노드에서의 음의 3 볼트(Vd1), 트랜지스터(M1)의 벌크 노드에서의 -3.5 볼트(Vb1), 및 트랜지스터(M1)의 소스 노드에서의 0 볼트이다. 다이오드(D2) 및 저항기(R2)를 포함하는 제2 누설 보상 회로에 걸리는 전압(808)은 따라서 -2.5 볼트이다. 저항기(R2)는 그러므로 단지 작거나 또는 전혀 없는 에러 전류가 트랜지스터(M1)의 벌크 노드 안팎으로 흐르도록 기생 누설 전류들(i gidl 및 i gisl )의 합 이하의 대응하는 보상 전류를 생성하기 위해 적절히 크기가 정해질 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 다수의 트랜지스터들을 포함하고 대응하는 다수의 누설 전류 보상 회로들을 포함하는 다른 실시예 RF 스위치 배열체의 회로도들이다. 도 9a 및 도 9b에서 바이어싱 회로부는 명료함을 위해 도시되지 않지만, 일반적인 동작 구성에 통상적으로 포함될 것이다.
도 9a는 소스와 드레인 간에 직렬로 커플링된 복수의 트랜지스터들(M1, M2, M3, M4, 및 M5)과 RF 스택에서 각각의 트랜지스터들의 바디 단자와 RF 스택에서 인접한 트랜지스터들의 드레인 단자 사이에 커플링된 대응하는 복수의 보상 회로망들(C11, C12, C13, 및 C14)을 포함하는 RF 스위치 배열체(900A)를 예시한다. 도 9a에서, 임의의 수의 트랜지스터들이 사용될 수 있다. 트랜지스터(M5)의 드레인 노드는 RF 전압 소스에, 또는 RF 전압 소스에 결국 커플링되는 직렬 연결된 추가적인 트랜지스터들에 커플링될 수 있다. 비슷하게, 트랜지스터들(M1)의 소스 노드는 다른 RF 전압 소스 또는 접지에, 또는 다른 RF 전압 소스 또는 접지에 결국 커플링되는 추가적인 직렬 연결된 트랜지스터들에 커플링될 수 있다. 도 9a에서, (예를 들어 RF 전압 소스의 음의 반 주기에) 트랜지스터들의 바디 노드에서 밖으로 흐르는 누설 전류들은 대응하는 보상 회로망들을 통해 흐르고 다시 RF 스택 안으로 흘러서, 누설 전류들은 이전에 설명된 바와 같이 바이어싱 회로부(도 9a에 도시되지 않음)에서 흐를 수 없다.
도 9b는 도 9a에 도시된 것과 유사하지만 RF 스택에서의 각각의 트랜지스터들의 바디 노드와 RF 스택에서의 인접한 트랜지스터들의 드레인 노드 사이에 커플링된 복수의 역병렬(anti-parallel) 보상 회로망들(C21, C22, C23, 및 C24)을 더 포함하는 RF 스위치 배열체(900B)를 예시한다. 도 9b에서, (예를 들어 RF 전압 소스의 양의 반 주기에) 트랜지스터들의 바디 노드에서 밖으로 흐르는 누설 전류들은 대응하는 보상 회로망들을 통해 흐르고 다시 RF 스택 안으로 흘러서, 누설 전류들은 이전에 설명된 바와 같이 바이어싱 회로부(도 9b에 도시되지 않음)에서 흐를 수 없다. 도 9b에 도시된 RF 스위치 배열체(900B)은 따라서 인가된 RF 전압의 정현파 또는 다른 주기적 파형의 두 반 주기들에 누설 전류들을 보상하도록 구성된다. 또한, 도 9b의 RF 스위치 배열체(900B)에서는, RF 스택에서의 두 개의 누설 전류 회로들(각각의 반 주기마다 하나씩임) 대 트랜지스터들 중 각각의 트랜지스터의 대응 관계가 있다. 도 9b에 도시된 구성은 발생된 누설 전류들에 대한 최대 보상 효과를 제공한다.
도 10a, 도 10b, 및 도 11은 다수의 트랜지스터들을 포함하는, 그리고 적어도 하나의 누설 전류 보상 회로를 포함하는 다른 실시예 RF 스위치 배열체들의 회로도들이다. 이전에 설명된 바와 같이, 트랜지스터 당 하나 또는 두 개의 누설 전류 보상 회로들이 실시예들에서 최대 누설 전류 제거 효과를 제공할 수 있지만, 트랜지스터 당 하나 또는 두 개의 누설 전류 보상 회로들보다 적은 임의의 수의 누설 전류 보상 회로들이 사용될 수 있다. 심지어 RF 스위치 당 하나의 누설 전류 보상 회로가 누설 전류 제거 이점을 제공할 것이고, 비보상형 RF 스위치와 비교할 때 바이어스 전압들을 유지함에 있어서 대응하는 개선을 제공할 것이다. 다시, 도 10a, 도 10b, 및 도 11은 명료함을 위해 바이어싱 회로들을 포함하지 않지만, 바이어싱 회로들은 일반적인 응용에서 통상적으로 포함될 것이다.
도 10a 및 도 10b는 도 9a 및 9b에 도시된 것들과 유사한 RF 스위치 배열체들을 도시하지만, 더 적은 보상 회로망들이 RF 스위치 배열체에서의 동일한 복수의 트랜지스터들로부터의 서브세트의 트랜지스터들과 커플링된다. 예를 들어, 도 10a에서, 스위치 배열체(1000A)는 트랜지스터(M2)의 벌크 노드와 트랜지스터(M3)의 드레인 노드 사이에 커플링되는 단지 하나의 보상 회로망(C12)이 사용된다는 것을 제외하면 도 9a의 스위치 배열체(900A)에 대응한다. 도 10b에서, 스위치 배열체(1000B)는 단지 두 개의 보상 회로망들(C12 및 C22)이 사용된다는 것을 제외하면 도 9b의 스위치 배열체(900B)에 대응한다. 보상 회로망(C12)은 트랜지스터(M2)의 벌크 노드와 트랜지스터(M3)의 드레인 노드 사이에 커플링되는 한편, 보상 회로망(C22)은 트랜지스터(M3)의 벌크 노드와 트랜지스터(M2)의 소스 노드 사이에 커플링된다. 보상 회로망들의 다른 서브세트들은 도 9a 및 도 9b에 도시된 보상 회로망들의 전체 세트로부터 사용될 수 있다. 예를 들어, 보상 회로망(C12)만이 묘사되지만, 보상 회로망(C11 또는 C13)만이 사용될 수 있다. 대안적으로 단지 보상 회로망들(C11 및 C14), 또는 보상 회로망들(C12 및 C13)만이 사용될 수 있다. 정기적으로 반복되는 패턴들의 보상 회로망들, 또는 랜덤하게 산재된 보상 회로망들이 RF 스위치의 누설 전류 특성들을 개선하기 위해 사용될 수 있다.
다른 RF 스위치 배열체(1100)가 도 11에 도시되는데, 적어도 하나의 제1 보상 회로망(C12)은 RF 스위치 배열체에서의 복수의 트랜지스터들로부터의 서브세트의 트랜지스터들(트랜지스터들(M2 및 M3))과 커플링되고, 적어도 하나의 제2 보상 회로망(C24)은 RF 스위치 배열체에서의 복수의 트랜지스터들로부터의 다른 서브세트의 트랜지스터들(트랜지스터들(M4 및 M5))과 커플링된다. 스위치 배열체(1100)는 또한 보상 회로망들(C12 및 C24)만이 사용된다는 것을 제외하면 도 9b의 스위치 배열체(900B)에 일반적으로 대응한다. 다른 패턴들의 보상 회로망들 및 대응하는 서브세트들의 트랜지스터들이 원하는 대로 사용될 수 있다. 예를 들어, 특정한 패턴들의 보상 회로망들은 집적 회로 레이아웃 상에 배치된 제약조건들을 수용하기 위해 사용될 수 있다. 보상 회로망들(C12 및 C24)이 도 11에서 도시되지만, 다른 보상 회로망들, 예를 들어, 보상 회로망들(C11 및 C22), 또는 보상 회로망들(C13 및 C22)이 사용될 수 있다. 도 9b에 도시된 최대 수의 보상 회로망들로부터 선택되는 많은 다른 서브세트들의 보상 회로망들이 도 11에서 사용될 수 있다.
도 12는 일 실시예에 따른, 누설 전류 보상 회로(C1)를 포함하는 PMOS 기반 RF 스위치 배열체(1200)의 회로도이다. 위에서 설명된 모든 실시예들은 NMOS 스위치 트랜지스터들로 구현되는 RF 스위치 배열체들에 관련되며, 이는 RF 스위치들을 구현하기 위한 바람직한 방법이다. 그러나, 특정 애플리케이션을 수용하기 원하면, RF 스위치 배열체가 PMOS 트랜지스터들로 또한 구현될 수 있다. 따라서, 스위치 배열체(1200)는 제1 PMOS 트랜지스터(P1)와 제2 PMOS 트랜지스터(P2)를 포함한다. 트랜지스터(P1)의 드레인 노드는 트랜지스터(P2)의 소스 노드에 커플링된다. 보상 회로망(C1)은 트랜지스터(P2)의 드레인 노드와 트랜지스터(P1)의 바디 노드 사이에 커플링된다. 바이어싱 회로망 및 추가적인 트랜지스터들이, 스위치 배열체(1200)에 만약 있다면, 도 12에서 도시되지 않는다. 보상 회로망(C1)의 동작 방식의 이전의 설명은, 보상 회로망 극성이 반전되고 전류 방향이 반대라는 차이점을 가지고서, 도 12에 도시된 PMOS RF 스위치 실시예에 또한 적용된다. 도 12는 따라서 PMOS 트랜지스터들을 사용한 보상형 RF 스위치의 구현예를 입증한다.
RF 스위치를 위한 바이어스 회로망이 도 2a 및 도 2b에 관해 도시되고 설명되어 있지만, 다음을 비제한적으로 포함하는, 다양한 다른 가능한 배열들의 바이어스 회로망들이 사용될 수 있다:
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 스택에서의 각각의 트랜지스터들의 게이트, 소스-드레인 및 바디 노드들 사이에 커플링되는 하이 오믹 저항기들과 바이어스 DC 전압들(Vg, Vb, Vs); 아래의 도 13에 도시되는 바와 같이, 스택에서의 각각의 트랜지스터들의 게이트, 소스-드레인 및 바디 노드들 사이에 커플링되어, 체인을 따르는 하나 또는 다수의 포인트들에서 전압들을 바이어싱하도록 태핑되는(tapped) 바이어스 저항기들의 직렬 체인을 형성하는 하이 오믹 저항기들; 단일 고전압 RF 스위치에서 사용되는 도 2a, 도 2b, 및 도 13에 도시된 바이어싱 회로 배열체들의 임의의 조합; 또는 본 명세서에서 충분히 그리고 완전히 언급된 것처럼 그 전부가 참조에 의해 본 명세서에 포함되는 발명의 명칭이 "System and Method for Biasing an RF Switch"인 동시 계류중인 미국 특허출원 제15/644,435호에 기재된 바와 같이 Vb 및/또는 Vs가 피드백 조절 바이어스 전압들인 단일 고전압 RF 스위치에서 사용되는 도 2a, 도 2b, 및 도 13에 도시된 바이어싱 회로 배열체들의 임의의 조합.
도 13은 제1 NMOS 트랜지스터(M1)가 제2 NMOS 트랜지스터(M2)와 직렬 연결되는 그리고 대체 바이어싱 회로를 포함하는 고전압 RF 스위치의 예시적인 회로 부분(1300)을 도시한다. 직렬 연결에서, 트랜지스터(M1)의 소스 노드가 트랜지스터(M2)의 드레인 노드에 커플링된다. 트랜지스터(M2)의 드레인 노드는 RF 고전압 소스에 직접적으로, 또는 하나 이상의 트랜지스터들을 통해 간접적으로, 또한 직렬 연결로 커플링된다. 트랜지스터(M1)의 소스 노드는 접지 또는 다른 RF 고전압 소스에 직접적으로, 또는 하나 이상의 트랜지스터들을 통해 간접적으로, 또한 직렬 연결로 커플링된다. 트랜지스터(M1)의 게이트 노드는 바이어싱 저항기(Rgc)를 통해 게이트 바이어스 전압(Vg)에 커플링되고, 트랜지스터(M2)의 게이트 노드는 바이어싱 저항기들(Rgg1 및 Rgc)을 통해 게이트 바이어스 전압(Vg)에 커플링된다. 트랜지스터(M1)의 바디 노드는 바이어싱 저항기(Rbc)를 통해 바디 바이어스 전압(Vb)에 커플링되고, 트랜지스터(M2)의 바디 노드는 바이어싱 저항기들(Rbb1 및 Rbc)을 통해 바디 바이어스 전압(Vb)에 커플링된다. 트랜지스터(M1)의 소스 노드는 저항기(Rsdc)를 통해 Vs 바이어스 전압에 커플링된다. 트랜지스터들(M1 및 M2) 사이의 소스-드레인 노드는 저항기들(Rsd1 및 Rsdc)을 통해 Vs 바이어스 전압에 커플링된다. 트랜지스터(M2)의 드레인 노드는 저항기들(Rsd2, Rsd1, 및 Rsdc)을 통해 Vs 바이어스 전압에 커플링된다. 위에서 설명된 바이어싱 회로부는 도 13에 도시되지 않은 임의의 추가적인 직렬 연결된 트랜지스터들을 위해 반복되고 사용될 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 누설 전류 보상 회로들 중 임의의 것이 도 13에 도시된 바이어싱 회로와 함께 사용될 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 누설 전류 보상 회로들을 갖는 RF 스위치들을 사용하는 회로들은, 덜 도입된 신호 왜곡, 더 높은 동작 전압들에서 양호한 성능의 성취, 뿐만 아니라 개별 스위치 트랜지스터들에 걸리는 과도한 국부 전압들로 인한 RF 스위치 내의 "핫 스폿들"의 회피로 인한 더 나은 신뢰도와, 누설 전류들의 존재에도 불구하고 설계된 동작 조건들의 더 나은 전반적인 달성을 비제한적으로 포함하는, 비보상형 RF 스위치들을 사용하는 회로들을 능가하는 장점들을 가진다.
누설 전류 보상 회로에 의해 생성된 동등한 보상 전류로 RF 스위치 트랜지스터들에서의 누설 전류들을 매칭시키는 것이 본원에서 설명된 바와 같이 바람직하지만, 누설 전류 보상 회로로 그들 누설 전류들을 과잉보상 또는 과소보상하는 것(undercompensating)은 비보상형 RF 스위치와 비교할 때 여전히 이점을 제공할 것이다.
본 발명이 예시적인 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 이 설명은 제한하는 의미로 해석되지 않아야 한다. 예시적인 실시예들, 뿐만 아니라 본 발명의 다른 실시예들의 다양한 수정들 및 조합들이, 상세한 설명을 참조하면 본 기술분야의 통상의 기술자들에게 명백할 것이다. 그러므로 첨부의 청구항들은 임의의 이러한 수정들 또는 실시예들을 포함하도록 의도된다.

Claims (21)

  1. 무선 주파수(radio frequency)(RF) 스위치 디바이스로서,
    제1 트랜지스터와 제2 트랜지스터 - 상기 제1 및 제2 트랜지스터들은 직렬로 커플링되어 스위치가능 RF 경로를 확립함 -; 및
    상기 제1 트랜지스터의 바디 단자와 상기 제2 트랜지스터의 소스/드레인 단자 사이에 커플링되는 제1 보상 회로망
    을 포함하며,
    상기 제1 보상 회로망은 제1 방향으로 상기 제1 트랜지스터의 상기 바디 단자와 상기 제2 트랜지스터의 상기 소스/드레인 단자 사이에 흐르는 전류를 위한 경로를 확립하고 상기 제1 방향에 반대인 제2 방향으로 상기 단자들 사이에 흐르는 전류를 차단하도록 구성되는 RF 스위치 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 방향으로 흐르는 상기 전류는 상기 제1 트랜지스터의 상기 바디 단자에 연관되는 누설 전류 이하이도록 구성되는 RF 스위치 디바이스.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 트랜지스터의 상기 바디 단자에 연관되는 누설 전류는 게이트 유도 소스 누설 전류 또는 게이트 유도 드레인 누설 전류를 포함하는 RF 스위치 디바이스.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 보상 회로망은 다이오드 회로를 포함하는 RF 스위치 디바이스.
  5. 제4항에 있어서, 상기 다이오드 회로는,
    제1 다이오드; 저항기에 직렬로 커플링되는 제1 다이오드; 제2 다이오드와 직렬로 커플링되는 제1 다이오드; 또는 직렬로 커플링되는 제1 다이오드, 제2 다이오드, 및 저항기를 포함하는 RF 스위치 디바이스.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 보상 회로망은 다이오드 연결된 트랜지스터 회로를 포함하는 RF 스위치 디바이스.
  7. 제6항에 있어서, 상기 다이오드 연결된 트랜지스터 회로는,
    다이오드 연결된 트랜지스터; 저항기와 직렬로 커플링되는 다이오드 연결된 트랜지스터; 상기 다이오드 연결된 트랜지스터의 드레인 단자와 게이트 단자 사이에 커플링되는 저항기를 갖는 다이오드 연결된 트랜지스터; 또는 상기 다이오드 연결된 트랜지스터의 드레인 단자 및 게이트 단자 사이에 커플링되는 제1 저항기와, 상기 다이오드 연결된 트랜지스터의 소스 단자와 직렬로 커플링되는 제2 저항기를 갖는 다이오드 연결된 트랜지스터를 포함하는 RF 스위치 디바이스.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제2 트랜지스터의 소스 단자에 커플링되는 드레인 단자와, 상기 제1 트랜지스터의 상기 드레인 단자에 커플링되는 소스 단자를 갖는 제3 트랜지스터를 더 포함하는 RF 스위치 디바이스.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 보상 회로망은 상기 제1 트랜지스터의 상기 바디 단자와 상기 제2 트랜지스터의 상기 드레인 단자 사이에 커플링되고, 상기 RF 스위치 디바이스는 상기 제2 트랜지스터의 상기 바디 단자와 상기 제1 트랜지스터의 소스 단자 사이에 커플링되는 제2 보상 회로망을 더 포함하는 RF 스위치 디바이스.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제2 보상 회로망은 정류 소자를 포함하는 RF 스위치 디바이스.
  11. 제9항에 있어서, 상기 제2 보상 회로망을 통해 흐르는 전류는 상기 제2 트랜지스터의 상기 바디 단자에 연관되는 누설 전류 이하이도록 구성되는 RF 스위치 디바이스.
  12. 무선 주파수(RF) 스위치 디바이스로서,
    스위치가능 전류 경로를 형성하는 직렬 연결의 복수의 트랜지스터들; 및
    상기 복수의 트랜지스터들 중 N번째 트랜지스터의 바디 단자와 상기 복수의 트랜지스터들 중 (N + 1)번째 트랜지스터의 드레인 단자 사이에 커플링되는 복수의 제1 보상 회로망들
    을 포함하고,
    상기 제1 보상 회로망들 각각은 정류 소자를 포함하는 RF 스위치 디바이스.
  13. 제12항에 있어서, 상기 복수의 제1 보상 회로망들은 상기 복수의 트랜지스터들 미만인 RF 스위치 디바이스.
  14. 제12항에 있어서, 상기 복수의 트랜지스터들 중 (M + 1)번째 트랜지스터의 바디 단자와 상기 복수의 트랜지스터들 중 M번째 트랜지스터의 소스 단자 사이에 커플링되는 복수의 제2 보상 회로망들을 더 포함하며,
    상기 제2 보상 회로망들 각각은 정류 소자를 포함하는 RF 스위치 디바이스.
  15. 제14항에 있어서, 상기 복수의 제2 보상 회로망들은 상기 복수의 트랜지스터들 미만인 RF 스위치 디바이스.
  16. 스위치가능 전류 경로를 형성하는 제1 트랜지스터와 제2 트랜지스터를 포함하는 무선 주파수(RF) 스위치 디바이스를 보상하는 방법으로서,
    제1 방향으로 상기 제1 트랜지스터의 바디 단자와 상기 제2 트랜지스터의 드레인 단자 사이에 제1 보상 전류를 생성하는 단계와 상기 제1 방향에 반대인 제2 방향으로 상기 단자들 사이에 흐르는 전류를 차단하는 단계를 포함하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 제1 방향으로 상기 제2 트랜지스터의 바디 단자와 상기 제1 트랜지스터의 소스 단자 사이에 제2 보상 전류를 생성하는 단계와 상기 제1 방향에 반대인 제2 방향으로 상기 단자들 사이에 흐르는 전류를 차단하는 단계를 더 포함하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 RF 스위치에 교류 전압 신호를 인가하는 단계를 더 포함하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제1 보상 전류는 상기 인가된 교류 전압 신호의 전반 주기(first half-period) 동안 생성되고, 상기 제2 보상 전류는 상기 인가된 교류 전압 신호의 후반 주기(second half-period) 동안 생성되는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제1 보상 전류는 상기 제1 트랜지스터의 상기 바디 단자에서의 누설 전류 이하이고, 상기 제2 보상 전류는 상기 제2 트랜지스터의 상기 바디 단자에서의 누설 전류 이하인 방법.
  21. 무선 주파수(RF) 스위치 디바이스로서,
    제1 트랜지스터와 제2 트랜지스터 - 상기 제1 및 제2 트랜지스터들은 공통 노드에 직렬로 커플링되어 상기 제2 트랜지스터의 부하 단자와 상기 제1 트랜지스터의 부하 단자 사이에 스위치가능 RF 경로를 확립함 -; 및
    상기 제1 트랜지스터의 바디 단자와 상기 제2 트랜지스터의 상기 부하 단자 사이에 커플링되는 보상 회로망
    을 포함하며,
    상기 보상 회로망은 제1 방향으로 상기 제1 트랜지스터의 상기 바디 단자와 상기 제2 트랜지스터의 상기 부하 단자 사이에 흐르는 전류를 위한 경로를 확립하고 상기 제1 방향에 반대인 제2 방향으로 상기 단자들 사이에 흐르는 전류를 차단하도록 구성되는 RF 스위치 디바이스.
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