JPH0923101A - 高周波スイッチ装置 - Google Patents

高周波スイッチ装置

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JPH0923101A
JPH0923101A JP16998395A JP16998395A JPH0923101A JP H0923101 A JPH0923101 A JP H0923101A JP 16998395 A JP16998395 A JP 16998395A JP 16998395 A JP16998395 A JP 16998395A JP H0923101 A JPH0923101 A JP H0923101A
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JP
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fet
terminal
gate
inductor
switch device
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English (en)
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Katsue Kawahisa
久 克 江 川
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 伝送損失を可及的に小さくすることを可能に
する。 【構成】 第1乃至第3の端子3,4,2と、第1のF
ET11およびこの第1のFETに並列に接続された第
1のインダクタ21からなり、一端が第1の端子3に接
続された第1のフィルタ回路と、第2のFET12およ
びこの第2のFETに並列に接続された第2のインダク
タ22からなり、一端が第1のフィルタ回路の他端に接
続され、他端が第2の端子4に接続された第2のフィル
タ回路と、を備え、第1のFETのゲートには抵抗を介
して第1の制御信号が印加され、第2のFETのゲート
には抵抗を介して第2の制御信号が印加され、第3の端
子2は第1および第2のフィルタ回路の共通接続点8に
接続され、この共通接続点は所定電位が印加されること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高周波信号の伝送路の
切換を行なう高周波スイッチ装置に関するものであっ
て、特にデジタルコードレス電話機のアンテナを送信ま
たは受信状態に切換えるのに使用される。
【0002】
【従来の技術】従来の高周波スイッチ装置の構成を図7
に示す。この従来の高周波スイッチ装置は3端子を有す
る典型的なシングルポールデュアルスルー(Single Pol
e DualThrough)スイッチであって、例えばデジタルコ
ードレス電話機のアンテナを送信または受信状態に切換
えるのに用いられる。図7においてアンテナ端子2はデ
プレッション型電界効果トランジスタ(以下、FETと
いう)11を介して送信側の電力伝送経路の信号入出力
端子(以下、送信側端子ともいう)3に接続されている
とともにデプレッション型FET12を介して受信側に
小信号伝送経路の信号入出力端子(以下、受信側端子と
もいう)4に接続されている。また送信側端子3はデプ
レッション型FET13を介して接地され、受信側端子
4はデプレッション型FET14を介して接地されてい
る。
【0003】ゲート信号入力端子5,7は高抵抗値(例
えば数KΩ)のゲート抵抗31,33を介してFET1
1,12のゲートに各々接続されている。
【0004】このような図7に示す従来の高周波スイッ
チ装置において、送信モードにする場合は、ゲート信号
入力端子5に零Vを与え、ゲート入力端子7に−3Vを
与えると、FET11およびFET14がともにON
し、FET12およびFET13がともにOFFする。
この状態で送信側端子3から高周波信号が入力される
と、この高周波信号はFET11を介してアンテナ端子
2に送られる。このとき、送信側端子3から入力した信
号は、FET11のON抵抗による損失、FET13の
OFF時の容量で生じる損失分、さらにFET12のO
FF時の容量で生じるリーク損失分が差し引かれてアン
テナ端子2から出力される。なおFET12のOFF時
の容量で生じたリーク電流はON状態のFET14を介
してGNDに流れるため、受信側端子4にほとんど流れ
ず、高いアイソレーションを実現できる。ここでアイソ
レーションは送信側端子3に電力P3 の信号を入力した
時に受信側端子4で得られた信号の電力をP4 とする
と、10・log10(P4 /P3)と表現される。
【0005】一方、受信モードにする場合は、送信モー
ドの場合とは逆にゲート入力端子5に−3Vを与え、ゲ
ート入力端子7に零Vを印加する。すると、FET1
2,13がONするとともにFET11,14がOFF
し、アンテナ信号端子2から入来した信号はFET12
を介して受信側端子4に送られる。
【0006】図7に示す高周波スイッチ装置は零Vと−
3Vの負電源で動作するものであるが、零Vと+3Vの
正電源で動作する従来の高周波スイッチ装置の構成を図
8に示す。この図8に示す高周波スイッチ装置は、図7
に示すスイッチ装置において、数KΩのプルアップ抵抗
37,38と数pFの直流阻止用コンデンサ40,4
1,42と、数pFのデカップリング用コンデンサ45
とを新たに設けたものである。コンデンサ40はFET
11および12の共通接続点8とアンテナ端子2との間
に設けられ、コンデンサ41はFET11および13の
共通接続点と送信側端子3との間に設けられ、コンデン
サ42はFET12および14の共通接続点と受信側端
子4との間に設けられている。そして、図7においてF
ET13および14の接地された端子は共通に接続され
てデカップリング用コンデンサ45を介して接地され
る。またFET13および14の共通接続点はプルアッ
プ抵抗38を介してプルアップ用電源端子6に接続さ
れ、この電源端子6はプルアップ抵抗37を介してFE
T11および12の共通接続点8に接続されている。
【0007】上述のように構成したことによりFET1
1および12の共通接続点8と、FET13および14
の共通接続点がプルアップ抵抗37と38によって持ち
上げられる。ここで、ゲート入力端子5および7の一方
に+3Vを印加し、他方に零Vを印加すれば、図7に示
す高周波スイッチ装置と同様に送信モードまたは受信モ
ードとなる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来の高周波ス
イッチ装置においては、送信モードの際、送信側端子3
に入来した信号にはFET12のOFF時の容量によっ
て生じるリーク電流の損失分と、FET13のOFF時
の容量で生じる損失分があるため、送信側端子3からア
ンテナ端子2への電力伝送の通過損失(挿入損失)が大
きいという問題があった。なお、挿入損失は送信側端子
3に入来した信号の電力をP3 とし、このときアンテナ
端子2から出力される信号の電力をP2 とすると10・
log(P3 /P2 )で表わされる。
【0009】さらに、図8に示す高周波スイッチ装置に
おいては、デカップリング用コンデンサ45を設ける必
要があるので、MMIC(Microwave Monolithic Integ
rated Circuit )で実現する場合、レイアウト面積が増
大するという問題がある。またMMIC上の回路構成が
正電源と負電源で全く異なるため、図7に示す負電源駆
動の高周波スイッチ装置と図8に示す正電源駆動の高周
波スイッチ装置をMMICチップで実現しようとしても
デカップリング用コンデンサ45等のためMMICチッ
プに汎用性を持たせることができないという問題があっ
た。
【0010】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
であって、伝送損失を可及的に小さくできる高周波スイ
ッチ装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明による高周波スイ
ッチ装置の第1の態様は、第1乃至第3の端子と、第1
のFETおよびこの第1のFETに並列に接続された第
1のインダクタからなり、一端が前記第1の端子に接続
された第1の回路と、第2のFETおよびこの第2のF
ETに並列に接続された第2のインダクタからなり、一
端が前記第1の回路の他端に接続され、他端が前記第2
の端子に接続された第2の回路と、を備え、前記第1の
FETのゲートには抵抗を介して第1の制御信号が印加
され、前記第2のFETのゲートには抵抗を介して第2
の制御信号が印加され、前記第3の端子は前記第1およ
び第2の回路の共通接続点に接続され、この共通接続点
は所定電位が印加されることを特徴とする。
【0012】また本発明による高周波スイッチ装置の第
2の態様は、第1の態様の高周波スイッチ装置におい
て、前記第1の端子と前記第1の回路の間に設けられる
第1のコンデンサと、前記第2の端子と前記第2の回路
の間に設けられる第2のコンデンサと、前記第3の端子
と前記共通接続点との間に設けられる第3のコンデンサ
と、を備えたことを特徴とする。
【0013】また本発明による高周波スイッチ装置の第
3の態様は、第1または第2の態様の高周波スイッチ装
置において、前記第1のFETのゲート幅は前記第2の
FETのゲート幅よりも大きくかつ前記第1のインダク
タのインダクタンスは前記第2のインダクタのインダク
タンスよりも小さいことを特徴とする。
【0014】
【作用】上述のように構成された本発明による高周波ス
イッチ装置の第1および第2の態様において、第1のF
ETのOFF時の容量と、第1のインダクタが所望の周
波数で共振するとともに、第2のFETのOFF時の容
量と、第2のインダクタが上記所望の周波数で共振する
ように設定し、第1の制御信号および第2の制御信号に
相補的な電位信号(一方が「H」レベルならば他方は
「L」レベルとなる電位信号)を与えて第1のFETを
ONさせ、第2のFETをOFFさせると、第2のフィ
ルタ回路のインピーダンスは非常に大きくなる。これに
より第1の端子から第3の端子に信号を伝送した場合、
第2のフィルタ回路を通ってリークする電流は従来の場
合に比べて小さくなり、伝送損失を可及的に小さくする
ことができる。
【0015】また上述のように構成された第3の態様に
よれば、第1のFETのゲート幅が第2のFETのゲー
ト幅よりも大きいため、第1のFETのON抵抗は第2
のFETのON抵抗よりも小さくなり、挿入損失をさら
に小さくすることができる。
【0016】
【実施例】本発明による高周波スイッチ装置の第1の実
施例の構成を図1に示す。この実施例の高周波スイッチ
装置はデジタルコードレス電話機のアンテナスイッチと
して用いられ、デプレッション型FET11およびイン
ダクタ21からなる第1のフィルタ回路と、デプレッシ
ョン型FET12およびインダクタ22からなる第2の
フィルタ回路と、抵抗31,32,33とを備えてい
る。第1および第2のフィルタ回路は直列に接続されて
おり、この共通接続点8にアンテナ端子2が接続されて
いる。また、第1のフィルタ回路の他端には送信側端子
3が接続され、第2のフィルタ回路の他端には受信側端
子4が接続されている。
【0017】一方、FET11のゲートには高抵抗値
(例えば数kΩ)のゲート抵抗31を介してゲート信号
入力端子5が接続され、FET12のゲートには高抵抗
値(例えば数kΩ)のゲート抵抗33を介してゲート信
号入力端子7が接続されている。また、共通接続点8に
は高抵抗値(例えば数kΩ)の抵抗32を介して基準電
位入力端子6が接続されている。
【0018】なお、第1および第2のフィルタ回路のイ
ンダクタ21,22は、デジタルコードレス電話機が使
用する周波数(例えば1.9GHz)においてインピー
ダンスが最大となるように夫々のFETのOFF時容量
に合ったインダクタンス値に設定されている。
【0019】次に、上記実施例の動作を説明する。送信
モードの場合、ゲート信号入力端子5に零V、ゲート信
号入力端子7に−3V、基準電位入力端子6に零Vを与
える。すると、FET11がONし、FET12はOF
Fする。この状態で送信側端子3に信号が入来すると、
この信号はFET11を介してアンテナ信号端子2に伝
送されるが、FET11のON抵抗による損失と、OF
F側の小信号伝送経路への電流リークによる損失を受け
る。OFF側の小信号伝送経路への電流リークは、OF
F側の小信号伝送経路のインピーダンスZと、アンテナ
端子2に接続される終端抵抗(例えば50Ω)との比で
決まるため、OFF側の小信号伝送経路のインピーダン
スZが大きいほど、送信側の端子3からアンテナ端子2
への挿入損失が減少するとともに高いアイソレーション
を実現できることになる。なお、送信モードにする場合
はゲート信号入力端子5に−3V、ゲート信号入力端子
7および基準電位入力端子6に零Vを与える。するとF
ET12がONし、FET11がOFFし、この状態で
アンテナ端子2から入来した信号はFET12を介して
受信側端子4に伝送されることになる。
【0020】次に上述のフィルタ回路のOFF時のイン
ピーダンスZを図2を参照して説明する。図2はFET
と、このFETに並列に接続されたインダクタからなる
フィルタ回路のOFF状態の等価回路図である。OFF
時のFETの容量Coff と抵抗Roff が並列に接続さ
れ、インダクタのインダクタンス分Lと抵抗分RL から
なる直列回路が容量Coff に並列に接続されている。抵
抗分RL が無い理想的なインダクタの場合は、インダク
タンスLと容量Coff が並列共振する部分のインピーダ
ンスZp が無限大になってOFF側の小信号伝送経路の
インピーダンスZはRoff に等しくなるが、実際にはイ
ンダクタに抵抗分RL が存在するため、インピーダンス
p は有限値をとる。この場合、インダクタンスLと容
量Coff が並列共振する部分のインピーダンスZp は、
ω・L/RL が1に比べて非常に大きいことおよびイン
ダクタンス分Lと容量Coff が共振するという条件の下
で、Zp =L/(RL ・Coff )と表わされ、OFF側
の小信号伝送経路のインピーダンスZはZ=(1/Zp
+1/Roff -1と表わされる。
【0021】次に上記実施例の高周波スイッチ装置の挿
入損失およびアイソレーションについて説明する。今、
図1に示す実施例の高周波スイッチ装置において、FE
T11,12はゲート幅Wg が1mm、しきい値電圧V
thが−1.0Vであって、単位ゲート幅100μmのF
ETで構成されたマルチフィンガータイプのFETと
し、インダクタ21,22は各々のインダクタンスLが
15.5nHであるスパイラルインダクタとし、抵抗3
1,32,33は各々の抵抗値Rが10KΩとした。な
お、スパイラルインダクタは線幅10μm、スペース5
μm、膜厚3μm、1辺長が340μmの角型スパイラ
ルとしてMMIC上に形成した。
【0022】上述の条件で製作した高周波スイッチ装置
の挿入損失の測定結果を図3に示し、アイソレーション
の測定結果を図4に示す。図3において、本実施例の測
定結果は黒丸で、従来の場合の測定結果は白丸で示して
ある。
【0023】なお、従来の高周波スイッチ装置(図7参
照)のFET11,12はゲート幅Wg が1mm、しき
い値電圧Vthが−1.0Vであり、FET13,14は
ゲート幅Wg が200μm、しきい値電圧Vthが−1.
0Vである。
【0024】本実施例の高周波スイッチ装置の挿入損失
は1.0GHzで1.0dB、周波数1.9GHzで
0.4dB、周波数3.0GHzで0.8dBとなり、
周波数1.9GHzで最小値をとる特性となっている。
周波数1.9GHzの狭帯域で損失が最小になる特性
は、デジタルコードレス電話機のアンテナスイッチとし
て用いるのに十分満足の行くものとなっている。
【0025】これに対して従来の高周波スイッチ装置の
挿入損失は周波数1.0〜3.0GHzの範囲において
0.55dBと一定であった。
【0026】したがって、周波数1.9GHzにおい
て、本実施例の高周波スイッチ装置のほうが、0.15
dBだけ損失が小さい結果となっている。
【0027】一方、アイソレーションは本実施例の高周
波スイッチ装置においては、周波数1.0GHzで−1
0dB、周波数1.9GHzで−35dB、周波数3.
0GHzで−15dBとなり、周波数1.9GHzで最
小となる特性となっている。
【0028】これに対して従来の高周波スイッチ装置の
アイソレーションは周波数1.0〜3.0GHzの範囲
において−22dBと一定であった。したがって1.9
GHzにおいては、本実施例の方が13dB小さい結果
となっている。
【0029】次に上記第1の実施例のレイアウトパター
ンを図5に示す。図5において、送信側端子3はFET
11の一端に接続されるとともにスパイラルインダクタ
21の一端に接続されている。また、送信側端子4はF
ET12の一端に接続されるとともにスパイラルインダ
クタ22の一端に接続されている。
【0030】FET11とFET12の他端およびイン
ダクタ21,22の他端は共通接続点8に接続され、こ
の共通接続点8にはアンテナ端子2が接続されている。
また、共通接続点8には高抵抗値の抵抗32を介して基
準電位入力端子6が接続されている。そして、FET1
1のゲートには高抵抗値の抵抗31を介してゲート信号
入力端子5が接続され、FET12のゲートには高抵抗
値の抵抗32を介してゲート信号入力端子7が接続され
ている。なお、2個のインダクタ素子21,22間の干
渉を防ぐため、囲むようにGND領域(梨地部参照)が
設けられている。なお、チップサイズは1.1mm×
1.0mmであった。
【0031】次に本発明による高周波スイッチ装置の第
2の実施例について説明する。この第2の実施例の高周
波スイッチ装置は図1に示す第1の実施例と同じ構成で
あって、第1の実施例の高周波スイッチ装置において、
送信側のフィルタ回路のFET11のゲート幅Wgを1
mmから2mmにするとともに、インダクタ21のイン
ダクタンスを15.5nHから7.3nHにしたもので
ある。なお、この時、FET11のしきい値電圧Vth
第1の実施例の場合と同じ−1.0Vである。この第2
の実施例の高周波スイッチ装置の挿入損失の測定結果を
図3の白三角で示す。この第2の実施例の挿入損失は周
波数1.0GHzで0.9dB、周波数1.9GHzで
0.3dB、周波数3.0GHzで0.75dBであ
り、第1の実施例よりも損失が小さい特性となってい
る。これは送信側のFET11のゲート幅が増したこと
により、FET11のON抵抗が小さくなったためと考
えられる。
【0032】一方、第2の実施例の高周波スイッチ装置
のアイソレーションの測定結果は第1の実施例のアイソ
レーションと同一であった。これは、受信側のフィルタ
回路のOFF時のインピーダンスが第1の実施例と第2
の実施例で同一であるためと考えられる。
【0033】次に本発明による高周波スイッチ装置の第
3の実施例の構成を図6に示す。この実施例の高周波ス
イッチ装置は図1に示す第1または第2の実施例の高周
波スイッチ装置において例えば数pFの容量の直流阻止
用コンデンサ40,41,42を新たに設けたものであ
り、正電源、例えば+3Vと零Vで動作するものであ
る。
【0034】コンデンサ40はアンテナ端子2と、送信
側および受信側フィルタ回路の共通接続点8との間に設
けられ、コンデンサ41は送信側端子3と送信側フィル
タ回路との間に設けられ、コンデンサ42は受信側端子
4と受信側フィルタ回路との間に設けられている。そし
て送信モードにおいてはゲート信号入力端子5および基
準電位入力端子6に+3Vの電位を与え、ゲート信号入
力端子7に零Vの電位を与える。また受信モードにおい
てはゲート信号入力端子5に零Vを与え、基準電位入力
端子6およびゲート信号入力端子7に+3Vの電位を与
える。
【0035】この第3の実施例の高周波スイッチ装置も
第1の実施例の高周波スイッチ装置と同じ損失特性を有
していることはいうまでもない。
【0036】なお、この第3の実施例の高周波スイッチ
装置において、直流阻止用コンデンサ40,41,42
を外付けとすれば、負電源で動作する第1または第2の
実施例とMMICチップ上の回路構成を同一とすること
が可能になるので、汎用性を持つMMICチップを実現
することができる。
【0037】なお、上記実施例においては、1.9GH
zで挿入損失およびアイソレーションが最小となるよう
にしたが、フィルタ回路を構成するFETのサイズとイ
ンダクタのサイズを適当に選択することにより、所望の
周波数で挿入損失およびアイソレーションを最小にする
ことができることはいうまでもない。
【0038】また上記実施例においては、デジタルコー
ドレス電話機のアンテナスイッチに使用した場合につい
て説明したが、本発明はこれに限定されるものではな
い。
【0039】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、各伝
送路に、相補的な信号によってON、OFF動作するフ
ィルタ回路を設けたことにより、所望の周波数帯におい
て伝送損失を可及的に小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による高周波スイッチ装置の第1の実施
例の構成を示す回路図。
【図2】本発明にかかるフィルタ回路の等価回路図。
【図3】本発明の実施例の挿入損失特性を示すグラフ。
【図4】本発明の実施例のアイソレーション特性を示す
グラフ。
【図5】第1の実施例のレイアウトパターンを示す図。
【図6】本発明の第3の実施例の構成を示す回路図。
【図7】従来の高周波スイッチ装置の例を示す回路図。
【図8】従来の高周波スイッチ装置の他の例を示す回路
図。
【符号の説明】
2 アンテナ端子 3 送信側端子 4 受信側端子 5,7 ゲート信号入力端子 6 基準電位入力端子 8 共通接続点 11,12 FET 21,22 インダクタ 31,32,33 抵抗 40,41,42 直流阻止用コンデンサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H04B 1/48

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1乃至第3の端子と、 第1のFETおよびこの第1のFETに並列に接続され
    た第1のインダクタからなり、一端が前記第1の端子に
    接続された第1の回路と、 第2のFETおよびこの第2のFETに並列に接続され
    た第2のインダクタからなり、一端が前記第1の回路の
    他端に接続され、他端が前記第2の端子に接続された第
    2の回路と、 を備え、前記第1のFETのゲートには抵抗を介して第
    1の制御信号が印加され、前記第2のFETのゲートに
    は抵抗を介して第2の制御信号が印加され、前記第3の
    端子は前記第1および第2の回路の共通接続点に接続さ
    れ、この共通接続点は所定電位が印加されることを特徴
    とする高周波スイッチ装置。
  2. 【請求項2】前記第1の端子と前記第1の回路の間に設
    けられる第1のコンデンサと、 前記第2の端子と前記第2の回路の間に設けられる第2
    のコンデンサと、 前記第3の端子と前記共通接続点との間に設けられる第
    3のコンデンサと、 を備えたことを特徴とする請求項1記載の高周波スイッ
    チ装置。
  3. 【請求項3】前記第1のFETのゲート幅は前記第2の
    FETのゲート幅よりも大きくかつ前記第1のインダク
    タのインダクタンスは前記第2のインダクタのインダク
    タンスよりも小さいことを特徴とする請求項1または2
    記載の高周波スイッチ装置。
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