JPH1041801A - 半導体スイッチ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特性改善をする周波数範囲を拡大することが
でき、汎用性が高く、使い勝手のよい集積回路化回路を
得る。 【解決手段】 パストランジスタ６、このパストランジ
スタ６が非導通状態の際に導通状態となるシャントトラ
ンジスタ８を有しており、上記パストランジスタ６のド
レイン−ソース電極間に、並列共振を得るためのインダ
クタ１８及び電圧容量可変用ダイオード２０を並列接続
し、このダイオード２０には、直流阻止用キャパシタ２
１（又はダイオードでもよい）を直列に接続し、このキ
ャパシタ２１と上記ダイオード２０との間に制御電圧を
加える。これによれば、並列共振により使用周波数の特
性改善ができ、また上記制御電圧を変えることにより、
上記ダイオード２０の容量が変化するので、これにより
並列共振周波数を変化させることができ、使用周波数の
範囲が容易に拡張可能となる。

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回
路、特に準マイクロ波帯及びマイクロ波帯の信号を扱う
通信装置の送信、受信の切替え、或いは送受信装置内に
おいて各種切替えを行うための半導体スイッチ回路に関
する。

【０００２】

【従来の技術】準マイクロ波帯及びマイクロ波帯の信号
を扱う通信装置等において、高周波信号の伝送を断続
し、又は切替えるために集積回路化された半導体スイッ
チ回路が用いられており、この種の半導体スイッチ回路
としては、図３に示されるものがある。

【０００３】図３において、半導体スイッチ１は例えば
ＧａＡｓ（ガリウム砒素）基板を用いたＧａＡｓＩＣ
（ガリウム砒素モノリシック集積回路）で作られ、その
入力端２に信号源３が接続され、他方の出力端４に負荷
抵抗５が接続される。この半導体スイッチ１内では、上
記入力端２と出力端４の間にパストランジスタ６が接続
され、このパストランジスタ６のドレイン（Ｄ）側とグ
ランド端７の間にシャントトランジスタ８が接続され
る。これらのトランジスタ６，８としては、ＧａＡｓ化
合物半導体の電界効果トランジスタであるＭＥＳ ＦＥ
Ｔ（Metal Semiconductor Field Effect Transisto
r）、或いはＧａＡｓ ＪＦＥＴ（ジャンクションＦＥ
Ｔ）等が用いられる。

【０００４】また、上記パストランジスタ６のソース側
に、このトランジスタ６のＤＣ経路を確保するための抵
抗１０、このパストランジスタ６のゲートと制御端１１
との間に高周波阻止用抵抗１２、上記シャントトランジ
スタ８と制御端１３との間に同様の高周波阻止用抵抗１
４が接続されており、この高周波阻止用抵抗１２，１４
によれば、高周波が半導体集積回路外に漏れないように
することができる。上記制御端１１、１３には、制御電
圧源１５，１６が接続され、これらの制御電圧源１５，
１６から上記のパストランジスタ６とシャントトランジ
スタ８のそれぞれのゲートに、制御電圧を相補的に加え
ることにより、これらのトランジスタ６，８のオンオフ
動作を制御することができる。

【０００５】次に、図３の動作を簡単に説明する。ま
ず、この半導体スイッチ１をオン動作（導通状態）させ
る場合は、制御電圧源１６からパストランジスタ６のゲ
ートに、例えば０Ｖの電圧が加えられ、他方の制御電圧
源１５からシャントトランジスタ８のゲートに、例えば
−３Ｖの負電圧が加えられる。そうすると、パストラン
ジスタ６が導通状態、シャントトランジスタ８が非導通
状態となり、信号源３から入力端２へ入力した信号はそ
のまま出力端４へ伝送される。

【０００６】一方、半導体スイッチ１をオフ動作（非導
通状態）させる場合は、上記とは逆に、パストランジス
タ６のゲートに−３Ｖの負電圧、他方のシャントトラン
ジスタ８のゲートに０Ｖの電圧が加えられる。そうする
と、パストランジスタ６が非導通状態、シャントトラン
ジスタ８が導通状態となり、信号源３からの入力信号は
パストランジスタ６で遮断される。このとき、シャント
トランジスタ８では、出力を短絡に近くして上記の遮断
効果（アイソレーション）を高める役目をすることにな
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
半導体スイッチ回路では、１ＧＨｚ以上の準マイクロ波
帯又はマイクロ波帯の周波数信号を扱うことから、半導
体集積回路内の上記トランジスタ６，８の寄生容量と寄
生抵抗の存在により影響が生じ、上記半導体スイッチ１
のオン動作時の通過損失が大きくなり、一方のオフ動作
時では、アイソレーション特性が低下するという不具合
があった。

【０００８】このような不具合を解決すため、図４に示
されるように、インダクタンス成分の挿入により並列共
振状態が得られるようにして、特性の改善を行うことが
考えられる。即ち、図４において、半導体スイッチ１内
のパストランジスタ６のドレイン（Ｄ）−ソース（Ｓ）
間に並列にインダクタ１８を接続し、このインダクタ１
８のインダクタンスとパストランジスタ１３の寄生容量
によって、使用周波数で並列共振が生じるように、上記
インダクタンスの値を調整する。このようなインダクタ
１８を用いた並列共振によれば、低インピーダンス化を
図ることができ、使用周波数での特性改善が可能とな
る。

【０００９】図５には、上記図４の半導体スイッチ回路
で共振周波数を約１．６ＧＨｚとしたときの効果である
シュミレーション計算結果が示されており、図（Ａ）は
オン動作時の信号通過特性、図（Ｂ）はオフ動作時のア
イソレーション特性を示している。この図からも明らか
なように、約１．６ＧＨｚの共振周波数を中心に、特性
が飛躍的に改善されている。

【００１０】しかしながら、上記図４のような半導体ス
イッチ回路においては、上記パストランジスタ６に並列
接続した上記インダクタ１８を半導体集積回路内に内蔵
しているため、共振周波数、即ち使用周波数を容易に変
えることができないという問題があった。上記のように
特性改善を図った半導体スイッチ回路を汎用集積回路と
して用いる場合では、ある程度の周波数範囲の動作領域
を確保する必要があり、逆に使用周波数の範囲を容易に
変えることができれば、使い勝手がよく、商品性の高い
半導体スイッチが得られることになる。

【００１１】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたもので、その目的は、特性改善をする周波数範囲
を拡大することができ、汎用性が高く、使い勝手のよい
集積回路化された半導体スイッチ回路を提供することに
ある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１請求項に係る発明は、信号入出力動作のための
パストランジスタと、このパストランジスタが非導通状
態の際に導通状態となるシャントトランジスタと、を含
む半導体スイッチ回路において、上記パストランジスタ
のドレイン−ソース電極間に、並列共振を得るためのイ
ンダクタンス及び電圧容量可変用ダイオードを並列接続
し、この電圧容量可変用ダイオードには、直流阻止用キ
ャパシタを直列に接続し、この直流阻止用キャパシタと
上記電圧容量可変用ダイオードとの間に、高周波信号阻
止用抵抗を介して上記電圧容量可変用ダイオードの容量
を変化させる制御電圧を加えるようにしたことを特徴と
する。第２請求項に係る発明は、上記直流阻止用キャパ
シタの代りに、第２の電圧容量可変用ダイオードを用
い、この第２の電圧容量可変用ダイオードは上記電圧容
量可変用ダイオードに電極を対向させて接続することを
特徴とする。

【００１３】上記の構成によれば、上記パストランジス
タの寄生容量と上記電圧容量可変用ダイオードの容量と
を加えた容量と、上記インダクタンスとで、ある使用周
波数で並列共振が起こることになる。そして、この場合
の上記電圧容量可変用ダイオードの容量を制御電圧で変
化させると、この容量変化に応じて並列共振の周波数が
変化することになる。この結果、並列共振状態により特
性改善を図る周波数範囲が拡大できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１には、本発明の実施形態の第
１例である半導体スイッチ回路の構成が示されており、
このスイッチ回路は、準マイクロ波帯又はマイクロ波帯
の高周波信号を扱う回路に適用され、基本的な構成は図
３又は図４で示した回路と同様となっている。図１に示
されるように、半導体スイッチ１には、信号源３が接続
される入力端２、負荷抵抗５が接続される出力端４が配
置され、この入力端２と出力端４の間にパストランジス
タ（ＭＥＳ ＦＥＴ等）６が接続され、このパストラン
ジスタ６のドレイン側とグランド端７の間にシャントト
ランジスタ８が接続される。

【００１５】また、上記パストランジスタ６のソース側
に、ＤＣ経路を確保するための抵抗１０が接続され、こ
のパストランジスタ６のゲートと制御端１１との間に
は、高周波が半導体集積回路外に漏れないようにする高
周波阻止用抵抗１２が接続され、上記シャントトランジ
スタ８と制御端１３との間にも同機能の高周波阻止用抵
抗１４が接続される。そして、上記パストランジスタ６
及びシャントトランジスタ８は、制御電圧源１５，１６
から相補的な制御電圧をそれぞれのゲートに印加するこ
とにより、オンオフ動作をする。

【００１６】このような半導体スイッチ１において、上
記パストランジスタ６のドレイン（Ｄ）とソース（Ｓ）
との間に、インダクタ１８を接続し、またこのドレイン
−ソース間に、電圧容量可変用ダイオードとしてのダイ
オード２０とキャパシタ２１を直列にして、かつインダ
クタ１８と並列になるように接続する。このダイオード
２０としては、ショットキー型や接合型の可変容量ダイ
オード等が用いられており、上記キャパシタ２１はこの
ダイオード２０に適切なバイアス電圧が加わるようにす
るための直流阻止用キャパシタである。これによれば、
上記インダクタ１８のインダクタンスとパストランジス
タ６の寄生容量及びダイオード２０の容量とによって、
ある周波数で並列共振状態が得られる。

【００１７】そして、このダイオード２０とキャパシタ
２１との接続点に、高周波信号阻止用の抵抗２２を介し
て制御端２３が取り付けられ、この制御端２３には制御
電圧源２４が接続される。従って、この制御電圧源２４
から印加される電圧を可変すると、ダイオード２０の容
量が変化して共振周波数も変化することになり、使用周
波数範囲を拡張することができる。

【００１８】このような並列共振周波数の可変は、次の
ような式で説明することができる。即ち、上記のダイオ
ード２０に印加される電圧をＶｊ、接合容量をＣJ とす
ると、両者の関係は次の式となる。

【数式１】ＣJ ＝ＣJO｛１−（Ｖｊ／Ｖbi）｝^-M ここで、ＣJOはゼロバイアス時の接合容量、Ｖbiは内蔵
電位（build in potential）、Ｍは接合傾斜係数であ
る。

【００１９】そうして、上記の並列共振周波数ｆO は、
上記のパストランジスタ６のドレイン、ソース間の容量
をＣds、上記インダクタ１８のインダクタンスをＬｓと
すると、上記数式１から、

【数式２】 ｆO ＝１／｛２π［Ｌｓ（ＣJ ＋Ｃds）］^1/2 ｝ と表すことができる。上記の数式１及び数式２から理解
されるように、ダイオード２０に印加される電圧Ｖｊを
変化させれば、接合容量ＣJ が変化し、このＣJ の変化
によって並列共振周波数ｆO が変化することになる。

【００２０】第１例は以上の構成からなり、以下にその
作用を簡単に説明する。図１において、パストランジス
タ６のゲートに、そのドレイン（Ｄ）−ソース（Ｓ）間
が低抵抗にて導通状態となる電圧（例えば０Ｖ）が制御
電圧源１６から印加され、シャントトランジスタ８のゲ
ートには、そのドレイン−ソース間が高抵抗でオープン
状態となる負電圧（例えば−３Ｖ）が他方の制御電圧源
１５から印加されると、パストランジスタ６が導通状
態、シャントトランジスタ８が非導通状態となる。この
状態で、半導体スイッチ１はオン状態となり、入力端２
へ入力した信号はそのまま出力端４へ伝送される。

【００２１】一方、パストランジスタ６のゲートに、そ
のドレイン−ソース間が高抵抗にて開放となる負電圧
（例えば−３Ｖ）が制御電圧源１６から印加され、シャ
ントトランジスタ８のゲートには、そのドレイン−ソー
ス間が低抵抗の状態となる電圧（例えば０Ｖ）が他方の
制御電圧源１５から印加されると、パストランジスタ６
が非導通状態、シャントトランジスタ８が導通状態とな
る。この状態で、半導体スイッチ１はオフ状態となり、
入力信号は出力端４へ伝送されず、このときのシャント
トランジスタ８はアイソレーション機能を果たすことに
なる。

【００２２】このような半導体スイッチ１の切替え動作
においては、上記パストランジスタ６に対し並列接続さ
れたダイオード２０とキャパシタ２１の間に、制御電圧
源２４から使用周波数により設定された制御電圧が印加
されており、これにより、上記ダイオード２０の容量は
上記数式１の関係で設定される値となる。従って、この
ダイオード２０の容量及びパストランジスタ６の寄生容
量とインダクタ１８のインダクタンスによって並列共振
が起きることになる。この結果、例えば約１．６ＧＨｚ
を使用周波数とした場合は、上記図５で示した信号通過
特性［図（Ａ）］及びアイソレーション特性［図
（Ｂ）］と同等の特性が得られる。

【００２３】そうして、本発明では、上記制御電圧源２
４の制御電圧を変化させると、上記ダイオード２０の容
量は上記数式１の関係で変化することになり、この容量
が変化した結果として、並列共振の共振周波数ｆO が上
記数式２により変化する。このことは、図５の特性が得
られる周波数を１．６ＧＨｚから上側又は下側へシフト
できることを意味し、これによって使用周波数を容易に
広げることが可能となる。

【００２４】図２には、実施形態の第２例の構成が示さ
れており、この第２例は第１例の直流阻止用キャパシタ
２１の代りに電圧容量可変用ダイオードを用いたもので
ある。図２に示されるように、電圧容量可変用ダイオー
ドである第１のダイオード２６（上記ダイオード２０と
同様）及び第２のダイオード２７をそれらの電極を対向
させた状態で、パストランジスタ６のドレイン−ソース
間に接続する。そして、これらダイオード２６，２７間
の接続点に、高周波信号阻止用の抵抗２２を介して制御
端２３が取り付けられ、この制御端２３に制御電圧源２
４が接続される。

【００２５】このような第２例においても、上記制御電
圧源２４から印加される電圧を変えて上記第１ダイオー
ド２６の容量を変化させ、並列共振の共振周波数を可変
とすることにより、使用周波数範囲を拡張することが可
能となる。そして、上記第２のダイオード２７は、直流
を阻止して第１のダイオード２６へ適切なバイアス電圧
を与える役目をすることになる。

【００２６】この第２例によれば、集積回路の製作にお
いて、上記第２のダイオード２７の方が第１例で使用し
たキャパシタ２１よりも構造的に容易であり、コスト的
にも有利であるという利点がある。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、第１請求項記載の
発明によれば、パストランジスタのドレイン−ソース電
極間に、並列共振を得るためのインダクタンス及び電圧
容量可変用ダイオードを接続し、この電圧容量可変用ダ
イオードには、直流阻止用キャパシタを直列に接続し、
上記電圧容量可変用ダイオードの容量を制御電圧で変化
させるようにしたので、特性改善を実現する周波数範囲
を拡大して高性能化を図ることができ、集積回路として
汎用性が高く、また使い勝手がよく商品性の高い半導体
スイッチ回路を得ることが可能となる。

【００２８】第２請求項記載の発明によれば、上記直流
阻止用キャパシタの代りに、第２の電圧容量可変用ダイ
オードを用いるようにしたので、集積回路化が容易とな
り、低コスト化を図ることができ、また小型化も可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の第１例に係る半導体スイッ
チ回路の構成を示す回路図である。

【図２】実施形態の第２例に係る半導体スイッチ回路の
構成を示す回路図である。

【図３】従来の半導体スイッチ回路の一例を示す回路図
である。

【図４】図３の半導体スイッチ回路に対して特性を改善
した例を示す回路図である。

【図５】図４の半導体スイッチ回路における特性を示
し、図（Ａ）はオン動作時の信号通過特性図、図（Ｂ）
はオフ動作時のアイソレーション特性図である。

【符号の説明】

２ … 入力端、 ４ … 出力端、 ６ … パストランジスタ、 ８ … シャントトランジスタ、 １２，１４，２２ … 高周波阻止用抵抗、 １５，１６，２４ … 制御電圧源、 １８ … インダクタ、 ２０，２６，２７ … ダイオード、 ２１ … キャパシタ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 信号入出力動作のためのパストランジス
   タと、このパストランジスタが非導通状態の際に導通状
   態となるシャントトランジスタと、を含む半導体スイッ
   チ回路において、 上記パストランジスタのドレイン−ソース電極間に、並
   列共振を得るためのインダクタンス及び電圧容量可変用
   ダイオードを並列接続し、この電圧容量可変用ダイオー
   ドには、直流阻止用キャパシタを直列に接続し、この直
   流阻止用キャパシタと上記電圧容量可変用ダイオードと
   の間に、高周波信号阻止用抵抗を介して上記電圧容量可
   変用ダイオードの容量を変化させる制御電圧を加えるよ
   うにしたことを特徴とする半導体スイッチ回路。
2. 【請求項２】 上記直流阻止用キャパシタの代りに、第
   ２の電圧容量可変用ダイオードを用い、この第２の電圧
   容量可変用ダイオードは上記電圧容量可変用ダイオード
   に電極を対向させて接続することを特徴とする第１請求
   項記載の半導体スイッチ回路。