JPH09181588A - 半導体スイッチ - Google Patents

半導体スイッチ

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JPH09181588A JP7340453A JP34045395A JPH09181588A JP H09181588 A JPH09181588 A JP H09181588A JP 7340453 A JP7340453 A JP 7340453A JP 34045395 A JP34045395 A JP 34045395A JP H09181588 A JPH09181588 A JP H09181588A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 正電源でコントロールできかつ小型高性能の
FETスイッチを提供する。 【解決手段】 FETのon,off状態を利用してス
イッチングを行うFETスイッチにおいて、スイッチを
構成する全FETのドレイン及びソースがコンデンサー
を介して接地されているためにFETにはDC電流が流
れない様にすることにより各FETのドレインとソース
の電位は外部から印加したコントロール電圧及び使用し
ているFETのピンチオフ電圧及びFETの内部容量と
DCカットコンデンサの容量で一意的に決定される。外
部からの各電位を決める基準電位印加用バイアス回路が
なくともスイッチング動作が可能であり、基準電位印加
用バイアス回路を不要とすることで同回路による損入損
失増加を改善し、同時に回路簡略化によるチップ小型
化、端子数削減を可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体スイッチに関
し、特に移動体通信装置の中において送受切換スイッ
チ、ダイバーシチー切換スイッチ、VCO切換スイッチ
などの各種スイッチング素子として使用される半導体ス
イッチに関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、この種のスイッチはMESF
ETを用い、そのon抵抗、off抵抗を利用してスイ
ッチング動作を行う様構成されていた。
【0003】一般的にMESFETはディプレッション
型(ノーマリーオン型)FETでしきい値(Vth)が負
電圧である。従って0VバイアスでFETはオン状態に
あり、FETをカットオフさせるためには、しきい値
(Vth)より低い電圧が必要である。一般にこの種のF
ETスイッチではコントロール電圧に負電圧を用いてい
るが(特開平6−152361等)正電源化した例とし
て(1994電子情報学会春季大会2−265)があ
る。
【0004】この場合、正電源でスイッチング動作を行
うために図3に示す様な基準になる電位を正電圧に固定
する正電源外部印加端子VD と、スイッチを構成する各
FETのドレイン・ソースに高抵抗Rを介して正電位が
印加されるバイアス回路と、DCを除去するコンデンサ
1 ,C2 ,C3 ,C4 ,C5 で構成されている。
【0005】次に正電源でのスイッチの動作を説明す
る。
【0006】例えば、スイッチ制御端子1(Vc1)に前
記電源電圧VD と同電位を印加し、スイッチ制御端子2
(Vc2)にFETのしきい値電圧の絶対値|Vth|よ
り低電位を印加したとき、FETのしきい値電圧が−
1.5Vのときには|−1.5|>Vc2例えば0Vとす
ると、スイッチを構成するFET1とFET4のゲート
電位はドレイン・ソース電位と同電位となり、オン状態
つまり低インピーダンスとなる。又、FET2とFET
3はドレイン・ソース電位に比べ、ゲート電位はFET
のしきい値電圧より低電位のためオフ状態つまりドレイ
ン・ソース間は高インピーダンスとなる。この状態にお
いて高周波信号が入力端子1Nより入力すると、低イン
ピーダンスのFET1を介し出力端子OUT1へ出力さ
れる。反対に、前記VC1に0V、前記VC2に前記VD
同電位を印加すると、FET1とFET4はオフ状態と
なり、FET2とFET3はオン状態となるため入力端
子1Nより入力された信号はFET2を介し出力端子O
UT2へ出力されることになる。これがスイッチング動
作の基本である。
【0007】ところで正電圧でスイッチング動作するた
めには基準電位を与えるために高抵抗Rを信号が通過す
るFETのドレインもしくはソースに並列に接続するた
め、少なからず、信号成分の漏洩がある。従ってスイッ
チに要求される最も重要な特性の挿入損失が増加すると
いう問題がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】第1の問題点は、従来
の技術において正電圧の基準電位を与えるためにスイッ
チに要求される最も重要な特性の1つである。挿入損失
が増加することである。
【0009】その理由は、正電圧の基準電位を与えるた
めに、高抵抗が信号の通過する線路に並列に接続される
ため、少なからず信号成分の漏洩があるからである。
【0010】第2の問題点は、従来の技術において、正
電圧の印加用のバイアス回路が必要であり回路が複雑化
することと、バイアス回路が必要な分、チップ内部で構
成しようとしたときにチップ面積の増加をもたらすこと
である。
【0011】その理由は、正電圧の基準電位を与えるた
めの外部バイアス回路を接続していたためである。
【0012】第3の問題点はPKGの小型化ができない
という事である。その理由は外部バイアス回路を接続す
るための端子が必要でありPKGの必要端子数の増加を
もたらすためである。
【0013】FETの内部自己バイアス作用をもちい
て、基準バイアスを発生させることによって、従来まで
必要であった正電源基準電位印加用バイアス回路を不要
とし同等以上の特性を得ることができる。さらに回路簡
略化、チップ小型化、PKG小型化の効果を得ることに
より、正電源のコントロール電圧で動作する小型、高性
能のFETスイッチを提供する。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明では、スイッチを
構成するすべてのFETのドレインとソースがDCカッ
トコンデンサによりFETにDC電流が流れ得ない事に
注目しFETの内部容量により自動的に各電位が決まる
ことを利用することにより、外部からの基準電位印加用
バイアス回路を一掃し、外部からの同バイアス回路を無
くした型でスイッチ動作を実現することにより挿入損失
の改善、チップサイズ小型化、端子数削減を実現した。
【0015】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態について
図面を参照して詳細に説明する。
【0016】図1を参照すると本発明の第1の実施の形
態はFET1,2,3,4でSPDTスイッチを構成し
ており図3に示す従来のSPDTスイッチの構成に対し
てR5 ,R6 ,R7 ,R8 ,R9 を介して供給されるバ
イアス回路を排除した構成となっている。
【0017】つまりFET1のドレインD1 ,ソースS
1 はそれぞれコンデンサC1 ,C2を介して入力端子,
出力端子1に接続されFET2のドレインD2 はFET
1のソースS1 と接続しFET2のソースS2 はコンデ
ンサC4 を介して接地されている。
【0018】FET3のドレインD3 はFET1のドレ
インD1 と接続され、FET3のソースS3 はコンデン
サC3 を介して出力端子2に接続される。FET4のド
レインD4 はFET3のソースS3 と接続し、FET4
のソースS4 はコンデンサC5 を介して接地されてい
る。
【0019】FET1のゲートG1 及びFET4のゲー
トG4 はそれぞれR1 ,R4 を介してコントロール端子
C1に接続され、FET2のゲートG2 及びFET3の
ゲートG3 はそれぞれR2 ,R3 を介してコントロール
電圧Vc2に接続されている。
【0020】次に本発明の実施の形態の動作について図
1を参照して詳細に説明する。本構成のスイッチにおい
て例えば、Vc1,Vc2に各々+VD ,0Vを印加する
と、D1 ,D2 ,D3 及びS1 ,S2 ,S3 は使用して
いるFETのピンチオフ電圧によって一意的に電位は決
定されるが、その決定される原理を以下に説明する。ま
ず、S1 はG1 に印加された+VD がFET1,FET
3の内部容量及びC4 で分圧された電位となるがC4
数PF以上の容量を選ぶと、FET1のG1 −S1 間容
量CG1S1及びFET3のD3 −S3 間容量CD3S3はそれ
ぞれCG1s1≪C4D3S3≪C4 となるため、S1 ≒VD
となる。S1 =D3 であるからD3 ≒VD となる。次に
3 を考える。D3 =Vd 3 =0VであるためFE
T3のG3 −D3 間には空乏層が広がった状態になって
いるがこの空乏層の広がりはS3側へはG3 −S3 間か
ピンチオフするところまで広がる。従ってS3 の電位は
FETのピンチオフ電圧Vp となる。
【0021】この結果FET1はON状態FET3はO
FF状態になる。
【0022】D2 ,S2 ,D4 についてもCD2S2≪C5
とすることにより、D2 ≒S2 =D4 ≒VD となる。S
4 はG4 がVD となるため、G4 ≒D4 の空乏層の広が
りは無いことによりS4 ≒D4 ≒VD となる。この結果
FET2はOFF状態FET4はON状態となる。
【0023】以上説明した様に外部からの正電位基準電
位印加バイアスがなくともある場合の同様の動作が可能
であり、FET1,2,3,4をスイッチとして機能さ
せる事ができる。
【0024】正電位基準電位印加用バイアス回路を排除
することにより、通過損入損失の改善、チップサイズ小
型化、端子数削減等の効果があり、正電源のみでコント
ロールするスイッチにおいてスイッチング性能の向上と
PKG小型化を同時に実現できる。
【0025】次に本発明の第2の実施の形態について図
面を参照して説明する。
【0026】図2は、本発明の第2の実施の形態の等価
回路図であるが第1の実施の形態例と異なる点はFET
2,FET4及びFET2,FET4に接続されていた
2,R4 ,C5 ,C3 等の回路が無い点である。この
場合、FET1とFET3でSPSTを構成するが、こ
の場合でも第1の実施の形態で説明した様にFET1と
FET3を正電位基準電位印加バイアスがなくとも正電
圧でコントロールできるスイッチを得る事ができる。
【0027】
【発明の効果】第1の効果は、0.1〜0.2dBの挿
入損失改善ができ、スイッチ性能が向上する。
【0028】その理由は、基準電位印加用バイアス回路
を排除したことによりそれによる損失がなくなるため
(0.1〜0.2dB)である。
【0029】第2の効果は、チップサイズ小型化ができ
る(約10%)。
【0030】その理由は、基準電位印加用バイアス回路
を排除したことにより回路が簡略化されるためである。
【0031】第3の効果は、PKG小型化ができること
である。
【0032】その理由は、基準電位印加用バイアス回路
を排除したことにより必要な端子数が減るため(端子削
減1端子)である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の等価回路図である。
【図2】本発明の実施の形態2の等価回路図である。
【図3】従来のFETスイッチの等価回路図である。
【符号の説明】
1 FET 2 FET 3 FET 4 FET 5 コンデンサ(C1 ) 6 コンデンサ(C2 ) 7 コンデンサ(C3 ) 8 コンデンサ(C4 ) 9 コンデンサ(C5

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1のFETのソースとドレインが第1
    のコンデンサーを介して入力端子、第1の出力端子と接
    続され、第2のFETのドレインが第1のFETのソー
    スと接続され、前記第2のFETのソースは第2のコン
    デンサーを介して接地され、第3のFETのドレインは
    前記第1のFETのドレインが接続され、前記第3のF
    ETのソースは第3のコンデンサーを介して第2の出力
    端子と接続され、第4のFETのドレインは前記第3の
    FETのソースと接続され、前記第4のFETのソース
    は、第4のコンデンサーを介して接地され、前記第1及
    び第4のFETのゲートが抵抗を介して第1のバイアス
    端子に接続され、前記第2及び第3のFETのゲートが
    抵抗を介して第2のバイアス端子に接続され、前記第1
    及び第2のバイアス端子に正電圧を交互に印加すること
    を特徴とする半導体スイッチ。
  2. 【請求項2】 第1のFETのソースとドレインがコン
    デンサーを介してそれぞれが入力端子1、出力端子1と
    なり、第2のFETのドレインが第1のFETのソース
    と接続され、コンデンサを介して第2のFETのソース
    が接地され、第1のFETのゲート及び第2のFETの
    ゲートに各々正電位、0Vを印加することによりスイッ
    チングを行うFETスイッチ。
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