JP2010028304A - 高周波信号用スイッチ回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】SOI基板上に形成され、オン/オフ特性が高く、高周波信号の歪が少ない高周波信号用スイッチ回路を提供する。
【解決手段】SOI基板上に形成された高周波信号用スイッチ回路1において、高周波入出力端子ANTを高周波端子TXに接続するか高周波端子RXに接続するかを切替えるスイッチ部11と、負電位Vssを生成する負電位発生回路と、スイッチ部11を制御する制御部13とを設ける。制御部13には、正電位Vddと負電位Vssが供給され、スルートランジスタT1のゲート及びシャントトランジスタT3のゲートの一方に正電位Vddを出力し他方に負電位Vssを出力する差動回路16と、スルートランジスタT1及びシャントトランジスタT3のバックゲートに対して、接地電位GND又は負電位Vssを出力するCMOSインバータINV13及びINV14を設ける。
【選択図】図1
【解決手段】SOI基板上に形成された高周波信号用スイッチ回路1において、高周波入出力端子ANTを高周波端子TXに接続するか高周波端子RXに接続するかを切替えるスイッチ部11と、負電位Vssを生成する負電位発生回路と、スイッチ部11を制御する制御部13とを設ける。制御部13には、正電位Vddと負電位Vssが供給され、スルートランジスタT1のゲート及びシャントトランジスタT3のゲートの一方に正電位Vddを出力し他方に負電位Vssを出力する差動回路16と、スルートランジスタT1及びシャントトランジスタT3のバックゲートに対して、接地電位GND又は負電位Vssを出力するCMOSインバータINV13及びINV14を設ける。
【選択図】図1
Description
本発明は、高周波信号用スイッチ回路に関し、特に、SOI基板上に形成された高周波信号用スイッチ回路に関する。
携帯電話機においては、送信回路及び受信回路が高周波信号用スイッチ回路を介して共通のアンテナに選択的に接続されるようになっている。従来、このような高周波信号用スイッチ回路のスイッチ素子には、化合物半導体を用いたHEMT(High Electron Mobility Transistor:高電子移動度トランジスタ)が用いられてきたが、近年、シリコン基板上に形成されたMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor:金属酸化物半導体電界効果トランジスタ)に置き換えることが検討されている。但し、通常のシリコン基板上に形成されたMOSFETを使用すると、ソース・ドレインと接地電位との間の寄生容量が大きくなり、また、シリコンは半導体なので電力の損失が大きくなる。そこで、SOI(Silicon On Insulator)基板上に形成されたMOSFETを用いて、高周波信号用スイッチ回路を構成する技術が提案されている。
しかしながら、このようなSOI基板上に形成された高周波信号用スイッチ回路においては、送信又は受信される高周波信号が通過する際に、高調波が発生し、高周波信号が歪むという問題点がある。これは、スイッチ素子として用いているMOSFETの特性が非線形であることに起因する。MOSFETに起因する高周波信号の歪には、MOSFETがオン状態であるときに発生するオン歪と、オフ状態であるときに発生するオフ歪がある。そして、各状態にあるMOSFETの数が増えると、各歪の程度も増加する。
ところで、近年、マルチバンドの携帯電話機が普及している。マルチバンドの携帯電話機においては、1本のアンテナに多数の送受信回路が接続可能となっている。このため、マルチバンドの携帯電話機の高周波信号用スイッチ回路においては、1本のアンテナ端子に多数のMOSFETが接続されており、1つのMOSFETのみがオン状態となり、残りのMOSFETはオフ状態となることにより、1つの回路のみをアンテナに接続している。従って、アンテナに接続されているMOSFETのうち、オフ状態にあるものの数が多く、オフ歪が特に問題となる。そこで、オフ歪の発生を抑制するために、MOSFETのバックゲート電位を制御する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
一方、高周波信号用スイッチ回路においてスイッチ素子として使用するMOSFETのオン/オフ特性を向上させるためには、MOSFETのゲート電位の幅を、電源電圧よりも拡大することが有効である。
しかしながら、SOI基板上に形成された高周波信号用スイッチ回路において、MOSFETのオン/オフ特性を向上させつつ、MOSFETのゲート電位及びバックゲート電位を制御するような制御回路を形成することは、困難である。その理由は、MOSFETのオン/オフ特性を向上させるためには、上述の如くMOSFETのゲート電位の幅を電源電圧よりも大きくすることが好ましいが、そうすると、制御回路に印加される電圧も電源電圧よりも高くなってしまう。しかし、SOI基板に形成されたMOSFETの耐圧は、通常、電源電圧に合わせて設計されているからである。
本発明の目的は、SOI基板上に形成され、オン/オフ特性が高く、高周波信号の歪が少ない高周波信号用スイッチ回路を提供することである。
本発明の一態様によれば、SOI基板上に形成された高周波信号用スイッチ回路であって、高周波入出力端子を第1の高周波端子に接続するか第2の高周波端子に接続するかを切替えるスイッチ部と、第1の電源電位及び前記第1の電源電位よりも低い第2の電源電位が供給されて前記第2の電源電位よりも低い第3の電源電位を生成する負電位発生回路と、前記第1乃至第3の電源電位が供給されて前記スイッチ部を制御する制御部と、を備え、前記スイッチ部は、前記高周波入出力端子と前記第1の高周波端子との間に接続された第1のn型電界効果トランジスタと、前記高周波入出力端子と前記第2の高周波端子との間に接続された第2のn型電界効果トランジスタと、前記第1の高周波端子と基準電位との間に接続された第3のn型電界効果トランジスタと、前記第2の高周波端子と基準電位との間に接続された第4のn型電界効果トランジスタと、を有し、前記制御部は、前記第1の電源電位及び前記第3の電源電位が供給され、第1の制御信号に基づいて、前記第1のn型電界効果トランジスタのゲート及び前記第3のn型電界効果トランジスタのゲートのうちの一方に対してハイレベルの信号を出力し他方に対してロウレベルの信号を出力すると共に、一方の出力端子から前記第1のn型電界効果トランジスタのゲートに対して出力する信号と同レベルの信号を出力し、他方の出力端子から前記第3のn型電界効果トランジスタのゲートに対して出力する信号と同レベルの信号を出力する第1の差動回路と、前記第2の電源電位と前記第3の電源電位との間に接続され、入力端子が前記第1の差動回路の前記一方の出力端子に接続され、出力端子が前記第3のn型電界効果トランジスタのバックゲートに接続された第1のCMOCインバータと、前記第1の電源電位及び前記第3の電源電位が供給され、第2の制御信号に基づいて、前記第2のn型電界効果トランジスタのゲート及び前記第4のn型電界効果トランジスタのゲートのうちの一方に対してハイレベルの信号を出力し他方に対してロウレベルの信号を出力すると共に、一方の出力端子から前記第4のn型電界効果トランジスタのゲートに対して出力する信号と同レベルの信号を出力し、他方の出力端子から前記第2のn型電界効果トランジスタのゲートに対して出力する信号と同レベルの信号を出力する第2の差動回路と、前記第2の電源電位と前記第3の電源電位との間に接続され、入力端子が前記第2の差動回路の前記一方の出力端子に接続され、出力端子が前記第2の電界効果トランジスタのバックゲートに接続された第2のCMOCインバータと、を有し、前記第1及び第2の制御信号により、前記第1及び第4の電界効果トランジスタをオン状態とし、前記第2及び第3の電界効果トランジスタをオフ状態として、前記高周波入出力端子を前記第1の高周波端子に接続する第1状態と、前記第1及び第4の電界効果トランジスタをオフ状態とし、前記第2及び第3の電界効果トランジスタをオン状態として、前記高周波入出力端子を前記第2の高周波端子に接続する第2状態と、を選択することを特徴とする高周波信号用スイッチ回路が提供される。
本発明によれば、SOI基板上に形成され、オン/オフ特性が高く、高周波信号の歪が少ない高周波信号用スイッチ回路を実現することができる。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
先ず、本発明の第1の実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係る高周波信号用スイッチ回路を例示する回路図であり、
図2(a)は、本実施形態におけるスイッチ用トランジスタを例示する断面図であり、(b)は横軸にドレイン・ソース間電圧をとり縦軸に容量をとって寄生ダイオードの容量の電圧依存性を例示するグラフ図であり、(c)は横軸にドレイン・ソース間電圧をとり縦軸にドレイン・ソース間容量をとってドレイン・ソース間容量の電圧依存性を例示するグラフ図である。
先ず、本発明の第1の実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係る高周波信号用スイッチ回路を例示する回路図であり、
図2(a)は、本実施形態におけるスイッチ用トランジスタを例示する断面図であり、(b)は横軸にドレイン・ソース間電圧をとり縦軸に容量をとって寄生ダイオードの容量の電圧依存性を例示するグラフ図であり、(c)は横軸にドレイン・ソース間電圧をとり縦軸にドレイン・ソース間容量をとってドレイン・ソース間容量の電圧依存性を例示するグラフ図である。
本実施形態に係る高周波信号用スイッチ回路(以下、単に「スイッチ回路」ともいう)は、1枚のSOI基板上に1つのチップとして形成されたスイッチICであり、例えば、携帯電話機に搭載され、携帯電話機のアンテナを送信回路に接続するか受信回路に接続するかを切替えるSPDT(Single-Pole Double-Throw)スイッチ回路である。このスイッチ回路が形成されたチップには、外部から正電位Vdd(第1の電源電位)及び接地電位GND(第2の電源電位)が供給される。なお、正電位Vddは接地電位GNDよりも高い。
図1に示すように、本実施形態に係る高周波信号用スイッチ回路1においては、スイッチ部11、負電位発生回路12及び制御部13が設けられている。
スイッチ部11は、高周波入出力端子ANTを、高周波端子TXに接続するか高周波端子RXに接続するかを切替えるものである。例えば、上述の如くスイッチ回路1が携帯電話機の送受信切替用のスイッチ回路である場合には、高周波入出力端子ANTは携帯電話機のアンテナに接続されたアンテナ端子であり、高周波端子TXは携帯電話機の送信回路に接続された送信端子であり、高周波端子RXは携帯電話機の受信回路に接続された受信端子である。
スイッチ部11は、高周波入出力端子ANTを、高周波端子TXに接続するか高周波端子RXに接続するかを切替えるものである。例えば、上述の如くスイッチ回路1が携帯電話機の送受信切替用のスイッチ回路である場合には、高周波入出力端子ANTは携帯電話機のアンテナに接続されたアンテナ端子であり、高周波端子TXは携帯電話機の送信回路に接続された送信端子であり、高周波端子RXは携帯電話機の受信回路に接続された受信端子である。
負電位発生回路12は、例えばチャージポンプ回路及びクロック信号発生回路により構成されており、正電位Vdd及び接地電位GNDが供給されて、接地電位GNDよりも低い負電位Vss(第3の電源電位)を生成し、出力端子NVG_outから出力する回路である。
制御部13は、外部から正電位Vdd及び接地電位GNDが供給されると共に、負電位発生回路12から負電位Vssが供給されて、外部から入力される制御信号に基づいてスイッチ部11を制御する回路である。以下、スイッチ部11及び制御部13の構成を詳細に説明する。
制御部13は、外部から正電位Vdd及び接地電位GNDが供給されると共に、負電位発生回路12から負電位Vssが供給されて、外部から入力される制御信号に基づいてスイッチ部11を制御する回路である。以下、スイッチ部11及び制御部13の構成を詳細に説明する。
スイッチ部11においては、高周波入出力端子ANTと高周波端子TXとの間に、スルートランジスタT1が接続されている。また、高周波入出力端子ANTと高周波端子RXとの間に、スルートランジスタT2が接続されている。スルートランジスタT1及びT2はいずれもn型電界効果トランジスタ(n−MOSFET)であり、ソース・ドレインの一方が高周波入出力端子ANTに接続されており、他方が高周波端子TX及びRXにそれぞれ接続されている。
更に、高周波端子TXと接地電位GNDとの間には、シャントトランジスタT3が接続されている。更にまた、高周波端子RXと接地電位GNDとの間には、シャントトランジスタT4が接続されている。シャントトランジスタT3及びT4はいずれもn型電界効果トランジスタであり、ソース・ドレインの一方が高周波端子TX及びRXにそれぞれ接続されており、他方が接地電位GNDに接続されている。
スルートランジスタT1、スルートランジスタT2、シャントトランジスタT3、シャントトランジスタT4(以下、総称して「スイッチ用トランジスタ」ともいう)の各ゲートは、それぞれ抵抗Rg1〜Rg4を介して、制御部13に接続されている。また、スイッチ用トランジスタT1〜T4の各バックゲートは、それぞれ抵抗Rb1〜Rb4を介して、制御部13に接続されている。MOSFETのバックゲートはボディ領域であり、ゲートとバックゲートはゲート絶縁膜(図示せず)を挟んで対向している。抵抗Rg1〜Rg4及び抵抗Rb1〜Rb4は、それぞれ、高周波信号が制御部13に漏洩しない程度に高い抵抗値を有している。
図2(a)に示すように、スイッチ回路1においては、支持基材51、BOX(Buried Oxide:埋込酸化膜)52及びシリコン層53からなるSOI基板54が設けられており、シリコン層53にスイッチ用トランジスタT1〜T4が形成されている。スルートランジスタT1においては、ドレイン領域55とソース領域56との間の領域がバックゲート57となっており、オン状態時にはバックゲート57の上層部分にチャネル領域が形成される。バックゲート57はそれぞれ素子分離されており、フローティング状態となっている。また、バックゲート57上にはゲート絶縁膜58が設けられており、その上にはゲート電極59が設けられている。他のスイッチ用トランジスタT2〜T4の構成も同様である。
一方、図1に示すように、制御部13においては、制御回路14及び制御回路15が設けられている。制御回路14は、スイッチ部11のスルートランジスタT1及びシャントトランジスタT3の動作を制御する回路であり、制御回路15は、スイッチ部11のスルートランジスタT2及びシャントトランジスタT4の動作を制御する回路である。
制御回路14においては、第1の制御信号が入力される制御端子Cont1が設けられている。また、入力端子が制御端子Cont1に接続されたインバータINV11が設けられており、入力端子がインバータINV11の出力端子に接続されたインバータINV12が設けられている。第1の制御信号は「ハイレベル」及び「ロウレベル」をとる二値信号である。インバータINV11及びINV12は、正電位Vdd及び接地電位GNDが供給され、ハイレベルの信号が入力されたときにはロウレベルとして接地電位GNDを出力し、ロウレベルの信号が入力されたときにはハイレベルとして正電位Vddを出力する回路である。
また、制御回路14には、差動回路16が設けられている。差動回路16には、高電位電源として正電位Vddが供給され、低電位電源として負電位発生回路12が生成した負電位Vssが供給される。差動回路16は、第1の制御信号及びその反転信号に基づいて、一対の相補信号を出力するフリップフロップ接続型の回路である。
すなわち、差動回路16においては、一対のp型電界効果トランジスタ(以下、「PMOS」という)P11及びP12が設けられている。PMOS P11及びP12のソースは正電位Vddに接続されている。PMOS P11のドレインは接続点S11に接続されており、PMOS P12のドレインは接続点S12に接続されている。そして、接続点S11は抵抗Rg3を介してシャントトランジスタT3のゲートに接続されており、接続点S12は抵抗Rg1を介してスルートランジスタT1のゲートに接続されている。また、PMOS P11のゲートにはインバータINV12の出力端子が接続されており、PMOS P12のゲートにはインバータINV11の出力端子が接続されている。これにより、PMOS P11のゲートには第1の制御信号が入力され、PMOS P12のゲートには第1の制御信号の反転信号が入力される。
また、差動回路16には、一対のn型電界効果トランジスタ(以下、「NMOS」という)N11及びN12が設けられている。NMOS N11及びN12のソースは負電位発生回路12の出力端子NVG_outに接続されており、負電位Vssが印加されるようになっている。NMOS N11のドレインは接続点S13を介してNMOS N12のゲートに接続されており、NMOS N12のドレインは接続点S14を介してNMOS N11のゲートに接続されている。接続点S13及びS14は差動回路16の出力端子となっている。
更に、差動回路16には、他の一対のNMOS N13及びN14が設けられている。NMOS N13のソースは接続点S13(他方の出力端子)に接続されており、従って、NMOS N11のドレイン及びNMOS N12のゲートに接続されている。NMOS N14のソースは接続点S14(一方の出力端子)に接続されており、従って、NMOS N12のドレイン及びNMOS N11のゲートに接続されている。NMOS N13のドレインは接続点S11に接続されており、従って、PMOS P11のドレイン及びシャントトランジスタT3のゲートに接続されている。NMOS N14のドレインは接続点S12に接続されており、従って、PMOS P12のドレイン及びスルートランジスタT1のゲートに接続されている。NMOS N13及びN14のゲートには、参照電位Vbが印加されるようになっている。
更に、制御回路14には、CMOSインバータINV13(第3のCMOSインバータ)及びCMOSインバータINV14(第1のCMOSインバータ)が設けられている。CMOSインバータINV13及びINV14は、接地電位GNDと負電位Vss、すなわち、負電位発生回路12の出力端子NVG_outとの間に相互に並列に接続されている。
CMOSインバータINV13においては、ソースが接地電位GNDに接続されたPMOS P13と、ソースが負電位発生回路12の出力端子NVG_out、すなわち、負電位Vssに接続されたNMOS N15が設けられている。そして、PMOS P13のドレインとNMOS N15のドレインとの間の接続点S15がCMOSインバータINV13の出力端子となっており、抵抗Rb1を介してスルートランジスタT1のバックゲートに接続されている。また、PMOS P13のゲートとNMOS N15のゲートとの間の接続点S16がCMOSインバータINV13の入力端子となっており、差動回路16の接続点S13に接続されている。
同様に、CMOSインバータINV14においては、ソースが接地電位GNDに接続されたPMOS P14と、ソースが負電位Vssに接続されたNMOS N16が設けられている。そして、PMOS P14のドレインとNMOS N16のドレインとの間の接続点S17がCMOSインバータINV14の出力端子となっており、抵抗Rb3を介してシャントトランジスタT3のバックゲートに接続されている。また、PMOS P14のゲートとNMOS N16のゲートとの間の接続点S18がCMOSインバータINV14の入力端子となっており、差動回路16の接続点S14に接続されている。
制御回路15の構成は、制御回路14の構成と同様である。すなわち、制御回路15においては、制御回路14における制御端子Cont1、インバータINV11及びINV12、差動回路16、CMOSインバータINV13及びINV14に対応する要素として、それぞれ、制御端子Cont2、インバータINV21及びINV22、差動回路17、CMOSインバータINV23(第2のCMOSインバータ)及びINV24(第4のCMOSインバータ)が設けられている。
差動回路17においては、差動回路16におけるNMOS N11〜N14、PMOS P11及びP12に対応する素子として、NMOS N21〜N24、PMOS P21及びP22が設けられている。また、CMOSインバータINV23及びINV24においては、CMOSインバータINV13及びINV14におけるNMOS N15及びN16、PMOS P13及びP14に対応する素子として、NMOS N25及びN26、PMOS P23及びP24が設けられている。
そして、差動回路17におけるPMOS P21のドレインとNMOS N23のドレインとの間の接続点S21が、抵抗Rg4を介してシャントトランジスタT4のゲートに接続されており、PMOS P22のドレインとNMOS N24のドレインとの間の接続点S22が抵抗Rg2を介してスルートランジスタT2のゲートに接続されている。また、CMOSインバータINV23の出力端子である接続点S25が、抵抗Rb2を介してスルートランジスタT2のバックゲートに接続されており、CMOSインバータINV24の出力端子である接続点S27が、抵抗Rb4を介してシャントトランジスタT4のバックゲートに接続されている。
次に、本実施形態に係る高周波信号用スイッチ回路1の動作について説明する。
参照電位Vbは、NMOS N13、N14、N23、N24のソース電位が相対的に高ければ、ゲート・ソース間電圧がしきい値電圧よりも低くなり、これらのNMOSがオフ状態となり、ソース電位が相対的に低くければ、ゲート・ソース間電圧がしきい値電圧よりも高くなり、これらのNMOSがオン状態となるような電位とする。
また、負電位発生回路12は、出力端子NVG outから常に一定の負電位Vssを出力し続ける。
参照電位Vbは、NMOS N13、N14、N23、N24のソース電位が相対的に高ければ、ゲート・ソース間電圧がしきい値電圧よりも低くなり、これらのNMOSがオフ状態となり、ソース電位が相対的に低くければ、ゲート・ソース間電圧がしきい値電圧よりも高くなり、これらのNMOSがオン状態となるような電位とする。
また、負電位発生回路12は、出力端子NVG outから常に一定の負電位Vssを出力し続ける。
先ず、高周波入出力端子ANTを高周波端子TXに接続し、高周波端子RXに対しては遮断する場合について説明する。
このとき、制御部13の制御端子Cont1には第1の制御信号としてハイレベルの信号を入力し、制御端子Cont2には第2の制御信号としてロウレベルの信号を入力する。
このとき、制御部13の制御端子Cont1には第1の制御信号としてハイレベルの信号を入力し、制御端子Cont2には第2の制御信号としてロウレベルの信号を入力する。
制御回路14の制御端子Cont1にハイレベルの信号が入力されることにより、インバータINV11の入力端子にハイレベルの信号が入力され、インバータINV11の出力端子からロウレベル、すなわち、接地電位GNDの信号が出力される。また、インバータINV12の出力端子からハイレベル、すなわち、正電位Vddの信号が出力される。
これにより、差動回路16のPMOS P11のゲートにはハイレベル(正電位Vdd)の信号が印加されて、PMOS P11はオフ状態となり、PMOS P12のゲートにはロウレベル(接地電位GND)の信号が印加されて、PMOS P12はオン状態となる。
この結果、接続点S12には正電位Vddが印加され、接続点S11には印加されないため、接続点S14の電位は相対的に高く、接続点S13の電位は相対的に低くなる。これにより、NMOS N11はオン状態となり、NMOS N12はオフ状態となる。この結果、接続点S14の電位はより高くなり、NMOS N14のゲート・ソース間電圧はしきい値電圧よりも低くなり、NMOS N14はオフ状態となる。一方、接続点S13の電位はより低くなり、NMOS N13のゲート・ソース間電圧はしきい値電圧よりも高くなり、NMOS N13はオン状態となる。すなわち、NMOS N12及びN14はオフ状態となり、NMOS N11及びN13はオン状態となる。
この結果、接続点S11の電位は負電位Vss(ロウレベル)となり、抵抗Rg3を介してシャントトランジスタT3のゲートに印加される。なお、実際には、PMOS P11のオフ抵抗は無限大ではなく、NMOS N11及びN13のオン抵抗もゼロではないため、接続点S11の電位は負電位Vssよりもやや高い電位になるが、説明を簡略化するために、接続点S11の電位は負電位Vssであるとする。以下の他の電位の説明においても同様である。一方、接続点S12の電位は正電位Vdd(ハイレベル)となり、抵抗Rg1を介してスルートランジスタT1のゲートに印加される。これにより、スイッチ部11において、シャントトランジスタT3はオフ状態となり、スルートランジスタT1はオン状態となる。
また、差動回路16の接続点S13の電位は負電位Vss(ロウレベル)となり、これにより、CMOSインバータINV13のPMOS P13はオン状態となり、NMOS N15はオフ状態となる。従って、接続点S15の電位は接地電位GND(ハイレベル)となり、抵抗Rb1を介してスルートランジスタT1のバックゲートに印加される。
一方、接続点S14の電位は、正電位Vddと負電位VssとをNMOS N14のオフ抵抗とNMOS N12のオフ抵抗とで抵抗分割したハイレベルの電位となり、これにより、CMOSインバータINV14のPMOS P14はオフ状態となり、NMOS N16はオン状態となる。従って、接続点S17の電位は負電位Vss(ロウレベル)となり、抵抗Rb3を介してシャントトランジスタT3のバックゲートに印加される。
制御回路15の動作は、制御回路14の動作を逆にした動作である。すなわち、制御端子Cont2に対してロウレベルの制御信号を入力することにより、差動回路17の接続点S21の電位がハイレベル(正電位Vdd)となり、シャントトランジスタT4のゲートに印加される。また、接続点S22の電位がロウレベル(負電位Vss)となり、スルートランジスタT2のゲートに印加される。これにより、スイッチ部11において、シャントトランジスタT4はオン状態となり、スルートランジスタT2はオフ状態となる。
また、接続点S23の電位はハイレベルとなり、PMOS P23はオフ状態となり、NMOS N25はオン状態となり、スルートランジスタT2のバックゲートには負電位Vssが印加される。一方、接続点S24の電位はロウレベルとなり、PMOS P24はオン状態となり、NMOS N26はオフ状態となり、シャントトランジスタT4のバックゲートには接地電位GNDが印加される。
このように、スルートランジスタT1がオン状態となり、スルートランジスタT2がオフ状態となり、シャントトランジスタT3がオフ状態となり、シャントトランジスタT4がオン状態となることにより、高周波入出力端子ANTが高周波端子TXに接続されると共に高周波端子RXからは遮断され、高周波入出力端子ANTと高周波端子TXとの間で高周波信号が伝播する。
次に、高周波入出力端子ANTを高周波端子RXに接続し、高周波端子TXに対して遮断する場合について説明する。
このとき、制御部13の制御端子Cont1には第1の制御信号としてロウレベルの信号を入力し、制御端子Cont2には第2の制御信号としてハイレベルの信号を入力する。これにより、制御回路14及び15は、前述の第1の制御信号をハイレベルとし、第2の制御信号をロウレベルとする場合と比較して、逆の動作を実行する。
このとき、制御部13の制御端子Cont1には第1の制御信号としてロウレベルの信号を入力し、制御端子Cont2には第2の制御信号としてハイレベルの信号を入力する。これにより、制御回路14及び15は、前述の第1の制御信号をハイレベルとし、第2の制御信号をロウレベルとする場合と比較して、逆の動作を実行する。
例えば、差動回路16においては、PMOS P11のゲートにはロウレベルの信号が印加されてオン状態となり、PMOS P12のゲートにはハイレベルの信号が印加されてオフ状態となる。これにより、接続点S13の電位は相対的に高くなり、接続点S14の電位は相対的に低くなり、NMOS N12はオン状態となり、NMOS N11はオフ状態となる。この結果、接続点S13の電位はより高くなり、NMOS N13はオフ状態となる。一方、接続点S14の電位はより低くなり、NMOS N14はオン状態となる。すなわち、NMOS N12及びN14はオン状態となり、NMOS N11及びN13はオフ状態となる。
この結果、接続点S11の電位は正電位Vdd(ハイレベル)となり、接続点S12の電位は負電位Vss(ロウレベル)となり、シャントトランジスタT3はオン状態となり、スルートランジスタT1はオフ状態となる。また、スルートランジスタT1のバックゲート電位は負電位Vssとなり、シャントトランジスタT3のバックゲート電位は接地電位GNDとなる。
同様に、制御回路15の動作により、スルートランジスタT2はオン状態となり、シャントトランジスタT4がオフ状態となり、スルートランジスタT2のバックゲート電位は接地電位GNDとなり、シャントトランジスタT4のバックゲート電位は負電位Vssとなる。これにより、高周波入出力端子ANTが高周波端子TXから遮断されると共に高周波端子RXに接続され、高周波入出力端子ANTと高周波端子RXとの間で高周波信号が伝播する。
このように、差動回路16は、正電位Vdd及び負電位Vssが供給され、第1の制御信号に基づいて、スルートランジスタT1のゲート及びシャントトランジスタT3のゲートのうちの一方に対してハイレベルの電位(正電位Vdd)を出力し他方に対してロウレベルの電位(負電位Vss)を出力すると共に、スルートランジスタT1のゲートに対して出力する接続点S12の電位と同レベルの電位を、接続点S14(一方の出力端子)からCMOSインバータINV14の入力端子に対して出力し、シャントトランジスタT3のゲートに対して出力する接続点S11の電位と同レベルの電位を、接続点S13(他方の出力端子)からCMOSインバータINV13の入力端子に対して出力する。また、CMOSインバータINV13及びINV14は、ハイレベルを接地電位GNDとしロウレベルを負電位Vssとする信号であって、入力された信号と逆極性の信号をスルートランジスタT1のバックゲート及びシャントトランジスタT3のバックゲートに対して出力する。
同様に、差動回路17は、正電位Vdd及び負電位Vssが供給され、第2の制御信号に基づいて、スルートランジスタT2のゲート及びシャントトランジスタT4のゲートのうちの一方に対してハイレベルの電位(正電位Vdd)を出力し他方に対してロウレベルの電位(負電位Vss)を出力すると共に、スルートランジスタT2のゲートに対して出力する電位と同レベルの電位を、接続点S24(他方の出力端子)からCMOSインバータINV24の入力端子に対して出力し、シャントトランジスタT4のゲートに対して出力する電位と同レベルの電位を、接続点S23(一方の出力端子)からCMOSインバータINV23の入力端子に対して出力する。また、CMOSインバータINV23及びINV24は、ハイレベルを接地電位GNDとしロウレベルを負電位Vssとする信号であって、入力された信号と逆極性の信号をスルートランジスタT2のバックゲート及びシャントトランジスタT4のバックゲートに対して出力する。
これにより、高周波信号用スイッチ回路1は、第1及び第2の制御信号により、スルートランジスタT1及びシャントトランジスタT4をオン状態とし、スルートランジスタT2及びシャントトランジスタT3をオフ状態として、高周波入出力端子ANTを高周波端子TXに接続する第1状態と、スルートランジスタT1及びシャントトランジスタT4をオフ状態とし、スルートランジスタT2及びシャントトランジスタT3をオン状態として、高周波入出力端子ANTを高周波端子RXに接続する第2状態と、を選択することができる。
また、スイッチ用トランジスタのうち、ゲート電位を正電位Vddとしたオン状態のスイッチ用トランジスタのバックゲートには接地電位GNDを印加し、ゲート電位を負電位Vssとしたオフ状態のスイッチ用トランジスタのバックゲートには負電位Vssを印加する。
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態においては、負電位発生回路12が正電位Vdd及び接地電位GNDから接地電位GNDよりも低い負電位Vssを生成し、差動回路16及び17に正電位Vdd及び負電位Vssを供給している。これにより、制御部13の差動回路16及び17が、正電位Vddをハイレベルとし接地電位GNDをロウレベルとする制御信号に基づいて、正電位Vddをハイレベルとし負電位Vssをロウレベルとする相補信号を生成し、スイッチ部11のスルートランジスタ及びシャントトランジスタのゲートに対してそれぞれ出力している。
本実施形態においては、負電位発生回路12が正電位Vdd及び接地電位GNDから接地電位GNDよりも低い負電位Vssを生成し、差動回路16及び17に正電位Vdd及び負電位Vssを供給している。これにより、制御部13の差動回路16及び17が、正電位Vddをハイレベルとし接地電位GNDをロウレベルとする制御信号に基づいて、正電位Vddをハイレベルとし負電位Vssをロウレベルとする相補信号を生成し、スイッチ部11のスルートランジスタ及びシャントトランジスタのゲートに対してそれぞれ出力している。
以下、スイッチ部11に供給する信号のロウレベルを接地電位GNDよりも低い負電位Vssとする効果について説明する。
スイッチ部11を構成するスイッチ用トランジスタT1〜T4のうち、オフ状態にあるトランジスタについて考える。このスイッチ用トランジスタのソース・ドレインの一方には高周波信号が印加され、他方には接地電位GNDが印加されるため、ソース・ドレイン間には振幅が大きな高周波電圧が印加される。また、ゲートと他の回路部分との間には高い抵抗Rg1〜Rg4が介在しているため、ゲート・ソース間及びゲート・ドレイン間にはそれぞれ、ゲート・ソース間容量Cgs及びゲート・ドレイン間容量Cgdが存在する。このため、ゲート・ソース間電圧Vgsは、DCバイアス電位(負電位Vss)に高周波信号が重畳された電位となる。ここで、Cgs=Cgdであると仮定すれば、ゲートに重畳される高周波信号の振幅は、ソース・ドレイン間に印加される高周波電圧振幅(ΔVdsとする)の(1/2)となる。すなわち、下記数式(1)が成立する。
Vgs=Vss + ΔVds/2 (1)
そして、このゲート・ソース間電圧Vgsがスイッチ用トランジスタのしきい値電圧Vthを超えたとき、すなわち、(ΔVds/2)が(Vth−Vss)を超えたときに、トランジスタはオフ状態を維持することができなくなり、高周波信号がリークする。
スイッチ部11を構成するスイッチ用トランジスタT1〜T4のうち、オフ状態にあるトランジスタについて考える。このスイッチ用トランジスタのソース・ドレインの一方には高周波信号が印加され、他方には接地電位GNDが印加されるため、ソース・ドレイン間には振幅が大きな高周波電圧が印加される。また、ゲートと他の回路部分との間には高い抵抗Rg1〜Rg4が介在しているため、ゲート・ソース間及びゲート・ドレイン間にはそれぞれ、ゲート・ソース間容量Cgs及びゲート・ドレイン間容量Cgdが存在する。このため、ゲート・ソース間電圧Vgsは、DCバイアス電位(負電位Vss)に高周波信号が重畳された電位となる。ここで、Cgs=Cgdであると仮定すれば、ゲートに重畳される高周波信号の振幅は、ソース・ドレイン間に印加される高周波電圧振幅(ΔVdsとする)の(1/2)となる。すなわち、下記数式(1)が成立する。
Vgs=Vss + ΔVds/2 (1)
そして、このゲート・ソース間電圧Vgsがスイッチ用トランジスタのしきい値電圧Vthを超えたとき、すなわち、(ΔVds/2)が(Vth−Vss)を超えたときに、トランジスタはオフ状態を維持することができなくなり、高周波信号がリークする。
そこで、本実施形態においては、負電位Vssを負の値であって絶対値が大きな値としている。これにより、(Vth−Vss)の値が大きくなり、高周波信号の最大許容振幅が大きくなり、リークが発生しにくくなる。なお、負電位Vssを負側に大きくし過ぎると、オフ状態にあるスイッチ用トランジスタのドレイン・ソース間にリーク電流が生じ、このリーク電流に起因する歪が発生する。従って、負電位Vssには最適値が存在する。
次に、本実施形態において、スイッチ用トランジスタのバックゲート電位を制御する効果について説明する。
上述の如く、スイッチ用トランジスタをオフ状態とするためのゲート電位を接地電位GNDよりも低い負電位Vssとすることにより、最大許容振幅は大きくなるが、オフ状態にあるスイッチ用トランジスタのドレイン・ソース間の容量(以下、「オフ容量」という)の非線形性によって、高周波信号の歪(以下、「オフ容量歪」という)が生じることは避けられない。オフ容量の大きさをCoffとし、ドレイン・ソース間の容量をCdsとすると、オフ容量Coffは下記数式(2)によって表すことができる。
Coff=Cgs・Cgd/(Cgs+Cgd) + Cds (2)
上述の如く、スイッチ用トランジスタをオフ状態とするためのゲート電位を接地電位GNDよりも低い負電位Vssとすることにより、最大許容振幅は大きくなるが、オフ状態にあるスイッチ用トランジスタのドレイン・ソース間の容量(以下、「オフ容量」という)の非線形性によって、高周波信号の歪(以下、「オフ容量歪」という)が生じることは避けられない。オフ容量の大きさをCoffとし、ドレイン・ソース間の容量をCdsとすると、オフ容量Coffは下記数式(2)によって表すことができる。
Coff=Cgs・Cgd/(Cgs+Cgd) + Cds (2)
上記数式(2)において、ゲート・ソース間容量Cgs、ゲート・ドレイン間容量Cgd、ドレイン・ソース間容量Cdsは全てバイアス電圧依存性を有し、それらがオフ容量Coffの非線形性をもたらす。ここで、最も問題となるのはドレイン・ソース間容量Cdsの非線形性である。図2(a)に示すように、ドレイン・ソース間容量Cdsは、ドレイン・バックゲート間の寄生ダイオードによる容量Cdbと、ソース・バックゲート間の寄生ダイオードによる容量Csbとの直列接続で表すことができる。
そして、図2(b)に実線で示すように、容量Cdb及びCsbは、ドレイン・ソース電圧に非線形的に依存する。上述の如く、ドレイン・ソース間容量Cdsは、容量Cdb及び容量Csbを直列接続したものであるから、図2(c)に実線で示すように、ドレイン・ソース間容量Cdsは特異点を持った電圧依存性を示す。そして、この特異点を跨ぐように電圧が振動すると、オフ容量歪が大きくなる。
そこで、本実施形態においては、バックゲート電位を負電位としている。これにより、図2(b)及び(c)に破線で示すように、容量Cdb及び容量Csbのバイアス電圧依存性が負側にシフトし、特異点から外れた電位範囲で使用することが可能となる。この結果、ドレイン・ソース間容量Cdsの非線形性に起因する歪が緩和される。
しかし、スイッチ用トランジスタのバックゲートに常時負電位を印加することはできない。その理由は、スイッチ用トランジスタがオン状態であるときにもバックゲート電位を負とすると、スイッチ用トランジスタのしきい値電圧Vthが正側にシフトしてしまい、オン抵抗が増加してしまうからである。
そこで、本実施形態においては、上述の如く、CMOSインバータINV13、INV14、INV23、INV24を設けることにより、スイッチ用トランジスタがオフ状態にあるときには、バックゲートに負電位Vssを供給し、スイッチ用トランジスタがオン状態にあるときには、バックゲートに接地電位GNDを供給する。これにより、スイッチ用トランジスタがオフ状態であるときにはオフ容量歪を低減し、スイッチ用トランジスタがオン状態にあるときにはオン抵抗を低減することができる。
更に、本実施形態においては、制御部13を上述の如く構成することにより、制御部13を構成する各トランジスタに大きな電圧が印加されることを防止できる。これにより、SOI基板上に微細プロセスによって形成された耐圧が低いMOSFETを用いて、制御部13を実現することができる。特に、PMOSよりも耐圧が低いNMOSについて、大きな電圧が印加されないようにしている。例えば、本実施形態においては、差動回路16の接続点S11と負電位Vssとの間にNMOS N13及びN11を直列に接続することにより、接続点S11に正電位Vddが印加され、NMOS N13及びN11が共にオフ状態となったときに、正電位Vddと負電位Vssとの電位差(Vdd−Vss)を、2つのNMOS N13及びN11で分担できるようにしている。これにより、スイッチ回路1をSOI基板上に微細プロセスによって作製することができる。
更にまた、本実施形態によれば、制御部13を上述の如く構成することにより、差動回路16において、PMOS P11、NMOS N13、N11が同時にオン状態となることがなく、PMOS P12、NMOS N14、N12が同時にオン状態となることもない。また、差動回路17において、PMOS P21、NMOS N23、N21が同時にオン状態となることもなく、PMOS P22、NMOS N24、N22が同時にオン状態となることもない。更に、CMOSインバータINV13、INV14、INV23、INV24において、各CMOSインバータを構成するPMOS及びNMOSが同時にオン状態となることもない。このため、正電位Vddと負電位Vss、又は、接地電位GNDと負電位Vssが接続されることがなく、負電位発生回路12の出力端子NVG outに定常電流が流れることがない。この結果、負電位発生回路12の電流能力を高くする必要がなく、負電位発生回路12を、スイッチ部11及び制御部13と同じICチップ内に形成することができる。
これに対して、例えば、正電位Vddと負電位Vssとの間、及び接地電位GNDと負電位Vssとの間に、レベルシフト回路の一例であるソースフォロア回路を設けることも考えられる。これによっても、ハイレベルを正電位Vddとし、ロウレベルを接地電位GNDとする制御信号に基づいて、ハイレベルを正電位Vddとしロウレベルを負電位Vssとする信号、及び、ハイレベルを接地電位GNDとしロウレベルを負電位Vssとする信号を生成することができる。しかしながら、この場合は、負電位発生回路12の出力端子NVG_outに定常電流が流れてしまうため、負電位発生回路12の電流能力を高くする必要がある。このため、負電位発生回路12をICチップ内に設けることができず、高周波信号用スイッチ回路1を1つのチップとして構成することができない。
以下、本実施形態の効果を、具体的な数値例を挙げて説明する。
図1に示すスイッチ回路1において、各パラメータの値を下記表1のように設定する。
図1に示すスイッチ回路1において、各パラメータの値を下記表1のように設定する。
そして、この条件においてシミュレーションを行い、各PMOS及び各NMOSに印加されるドレイン電圧の最大値(最大ドレイン電圧)を求めた。その結果、下記表2に示す結果が得られた。表2に示すように、いずれのMOSFETにおいても、印加される最大ドレイン電圧がドレイン耐圧を超えることはなかった。なお、本シミュレーションは制御回路16について行ったが、制御回路17においても同様である。
これに対して、仮に、正電位Vddと負電位Vssとの間にCMOSインバータを設けると、各MOSFETの最大ドレイン電圧は4.5Vとなり、NMOSのドレイン耐圧(3.5V)を超えてしまう。
このように、本実施形態によれば、SOI基板を用いた1つのチップに、微細プロセスによって、オン/オフ特性が高く、高周波信号の歪が少ない高周波信号用スイッチ回路を形成することができる。
次に、本実施形態の比較例について説明する。
図3は、本比較例に係る高周波信号用スイッチ回路を例示する回路図である。
図3に示すように、本比較例に係る高周波信号用スイッチ回路101においては、前述の第1の実施形態に係るスイッチ回路1(図1参照)と比較して、制御部113の制御回路114及び115において、CMOSインバータINV13、INV14、INV23、INV24(図1参照)が設けられていない。また、差動回路116及び117において、NMOS N13、N14、N23、N24(図1参照)が設けられていない。
図3は、本比較例に係る高周波信号用スイッチ回路を例示する回路図である。
図3に示すように、本比較例に係る高周波信号用スイッチ回路101においては、前述の第1の実施形態に係るスイッチ回路1(図1参照)と比較して、制御部113の制御回路114及び115において、CMOSインバータINV13、INV14、INV23、INV24(図1参照)が設けられていない。また、差動回路116及び117において、NMOS N13、N14、N23、N24(図1参照)が設けられていない。
本比較例に係るスイッチ回路101においては、CMOSインバータINV13、INV14、INV23、INV24(図1参照)が設けられておらず、スイッチ部11のスイッチ用トランジスタのバックゲート電位を制御していない。このため、図2(b)及び(c)に実線で示すように、ドレイン・ソース間容量Cdsの非線形性に起因するオフ容量歪が大きくなる。
また、差動回路116及び117において、NMOS N13、N14、N23、N24(図1参照)が設けられていないため、例えば、PMOS P11がオン状態となりNMOS N11がオフ状態となったときに、NMOS N11に大きなドレイン・ソース間電圧(Vdd−Vss)が印加されてしまう。このため、各MOSFETの耐圧を大きくする必要が生じ、微細プロセスによる作製が困難になる。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
図4は、本実施形態に係る高周波信号用スイッチ回路を例示する回路図である。
図4に示すように、本実施形態に係る高周波信号用スイッチ回路2は、前述の第1の実施形態に係るスイッチ回路1(図1参照)と比較して、差動回路16及び17(図1参照)の代わりに差動回路26及び27が設けられている点が異なっている。そして、差動回路26においては、差動回路16の構成に加えて、PMOS P11とNMOS N13との間にPMOS P15が接続されており、PMOS P12とNMOS N14との間にPMOS P16が接続されている。また、差動回路27においては、差動回路17の構成に加えて、PMOS P21とNMOS N23との間にPMOS P25が接続されており、PMOS P22とNMOS N24との間にPMOS P26が接続されている。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第1の実施形態と同様である。
図4は、本実施形態に係る高周波信号用スイッチ回路を例示する回路図である。
図4に示すように、本実施形態に係る高周波信号用スイッチ回路2は、前述の第1の実施形態に係るスイッチ回路1(図1参照)と比較して、差動回路16及び17(図1参照)の代わりに差動回路26及び27が設けられている点が異なっている。そして、差動回路26においては、差動回路16の構成に加えて、PMOS P11とNMOS N13との間にPMOS P15が接続されており、PMOS P12とNMOS N14との間にPMOS P16が接続されている。また、差動回路27においては、差動回路17の構成に加えて、PMOS P21とNMOS N23との間にPMOS P25が接続されており、PMOS P22とNMOS N24との間にPMOS P26が接続されている。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第1の実施形態と同様である。
本実施形態においては、前述の第1の実施形態と比較して、PMOS P15、P16、P25、P26が追加されていることにより、各差動回路のPMOSに印加される最大ドレイン電圧を緩和することができる。例えば、差動回路26のPMOS P11及びP15に着目すると、前述の第1の実施形態においては、PMOS P11の最大ドレイン電圧が4.5Vであるが、本実施形態においては、PMOS P11の最大ドレイン電圧は2.9Vであり、PMOS P15の最大ドレイン電圧は1.6Vである。同様に、PMOS P12、P21、P22の最大ドレイン電圧も緩和することができる。これにより、本実施形態においては、ドレイン耐圧が3V程度のPMOSを用いることができる。本実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第1の実施形態と同様である。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。
図5は、本実施形態に係る高周波信号用スイッチ回路を例示する回路図である。
本実施形態に係る高周波信号用スイッチ回路3は、携帯電話機に搭載され、携帯電話機のアンテナを送信回路に接続するか受信回路に接続するかを切替える送受切換用SPDTスイッチ回路である。また、高周波入出力端子ANTはアンテナに接続されたアンテナ端子であり、高周波端子TXは送信用増幅器に接続された送信端子であり、高周波端子RXは受信用増幅器に接続された受信端子である。
図5は、本実施形態に係る高周波信号用スイッチ回路を例示する回路図である。
本実施形態に係る高周波信号用スイッチ回路3は、携帯電話機に搭載され、携帯電話機のアンテナを送信回路に接続するか受信回路に接続するかを切替える送受切換用SPDTスイッチ回路である。また、高周波入出力端子ANTはアンテナに接続されたアンテナ端子であり、高周波端子TXは送信用増幅器に接続された送信端子であり、高周波端子RXは受信用増幅器に接続された受信端子である。
図5に示すように、スイッチ回路3においては、前述の第1の実施形態に係るスイッチ回路1(図1参照)と比較して、CMOSインバータINV13及びINV24が設けられておらず、従って、スルートランジスタT1のバックゲート電位及びシャントトランジスタT4のバックゲート電位は制御していない。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第2の実施形態と同様である。
スイッチ回路3は携帯電話機に搭載された送受切換用SPDTスイッチ回路であるため、送信モードのときは、送信用増幅器から出力された高周波信号が高周波端子TXに入力され、高周波端子TXからスルートランジスタT1を介して高周波入出力端子ANTに向けて伝播し、アンテナから送信される。この場合、スルートランジスタT2及びシャントトランジスタT3がオフ状態となるが、送信用の高周波信号は強力であるため、スルートランジスタT2及びシャントトランジスタT3のバックゲート電位を制御しなければ、大きなオフ歪が発生する。そこで、本実施形態においては、スルートランジスタT2及びシャントトランジスタT3のバックゲート電位を制御している。
一方、スイッチ回路3が受信モードのときは、アンテナによって受信された高周波信号が高周波入出力端子ANTからスルートランジスタT2を介して高周波端子RXに向けて伝播し、高周波端子RXから受信用増幅器に入力される。この場合は、スルートランジスタT1及びシャントトランジスタT4がオフ状態となるが、受信した高周波信号は微弱であるため、オフ容量の非線形性は問題とならない。従って、スイッチ用トランジスタT1及びT4のバックゲート電位を制御しなくても、実用上問題となるようなオフ歪は発生しない。本実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第2の実施形態と同様である。
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。
本実施形態に係る高周波信号用スイッチ回路の回路図は、図1又は図4と同様である。しかし、本実施形態においては、NMOS N15、N16、N25、N26のしきい値電圧Vthが制御部13を構成する他のNMOSのしきい値電圧Vthよりも負側にシフトしており、且つ、PMOS P13、P14、P23、P24のしきい値電圧Vthが制御部13を構成する他のPMOSのしきい値電圧Vthよりも正側にシフトしている。
本実施形態に係る高周波信号用スイッチ回路の回路図は、図1又は図4と同様である。しかし、本実施形態においては、NMOS N15、N16、N25、N26のしきい値電圧Vthが制御部13を構成する他のNMOSのしきい値電圧Vthよりも負側にシフトしており、且つ、PMOS P13、P14、P23、P24のしきい値電圧Vthが制御部13を構成する他のPMOSのしきい値電圧Vthよりも正側にシフトしている。
これにより、本実施形態によれば、NMOS N15、N16、N25、N26及びPMOS P13、P14、P23、P24のオン領域を広くして、オン抵抗を低減することができる。例えば、低電位Vssの最適値が−1Vであるときは、NMOS N15、N16、N25、N26のしきい値電圧Vthは+0.3V程度、PMOS P13、P14、P23、P24のしきい値電圧Vthは−0.3V程度とすることが好ましい。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第1又は第2の実施形態と同様である。
次に、本発明の第5の実施形態について説明する。
本実施形態に係る高周波信号用スイッチ回路の回路図は、図5と同様である。しかし、本実施形態においては、NMOS N16、N25のしきい値電圧Vthが制御部13を構成する他のNMOSのしきい値電圧Vthよりも負側にシフトしており、且つ、PMOS P14、P23のしきい値電圧Vthが制御部13を構成する他のPMOSのしきい値電圧Vthよりも正側にシフトしている。
本実施形態に係る高周波信号用スイッチ回路の回路図は、図5と同様である。しかし、本実施形態においては、NMOS N16、N25のしきい値電圧Vthが制御部13を構成する他のNMOSのしきい値電圧Vthよりも負側にシフトしており、且つ、PMOS P14、P23のしきい値電圧Vthが制御部13を構成する他のPMOSのしきい値電圧Vthよりも正側にシフトしている。
これにより、NMOS N16、N25及びPMOS P14、P23のオン領域を広げ、オン抵抗を低減することができる。例えば、低電位Vssの最適値が−1Vであるとき、NMOS N16、N25のしきい値電圧Vthは+0.3V程度、PMOS P14、P23のしきい値電圧Vthは−0.3V程度とすることが好ましい。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第3の実施形態と同様である。
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。また、前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。
1、2、3、101 高周波信号用スイッチ回路、11 スイッチ部、12 負電位発生回路、13、113 制御部、14、15、114、115 制御回路、16、17、26、27、116、117 差動回路、51 支持基材、52 BOX、53 シリコン層、54 SOI基板、55 ドレイン領域、56 ソース領域、57 バックゲート、58 ゲート絶縁膜、59 ゲート電極、ANT 高周波入出力端子、Cont1、Cont2 制御端子、GND 接地電位、INV11、INV12、INV21、INV22 インバータ、INV13、INV14、INV23、INV24 CMOSインバータ、NVG_out 出力端子、N11〜N16、N21〜N26 NMOS、P11〜P16、P21〜P26 PMOS、Rb1〜Rb4、Rg1〜Rg4 抵抗、RX、TX 高周波端子、S11〜S18、S21〜S28 接続点、T1、T2 スルートランジスタ、T3、T4 シャントトランジスタ、Vb 参照電位、Vdd 正電位、Vss 負電位
Claims (5)
- SOI基板上に形成された高周波信号用スイッチ回路であって、
高周波入出力端子を第1の高周波端子に接続するか第2の高周波端子に接続するかを切替えるスイッチ部と、
第1の電源電位及び前記第1の電源電位よりも低い第2の電源電位が供給されて前記第2の電源電位よりも低い第3の電源電位を生成する負電位発生回路と、
前記第1乃至第3の電源電位が供給されて前記スイッチ部を制御する制御部と、
を備え、
前記スイッチ部は、
前記高周波入出力端子と前記第1の高周波端子との間に接続された第1のn型電界効果トランジスタと、
前記高周波入出力端子と前記第2の高周波端子との間に接続された第2のn型電界効果トランジスタと、
前記第1の高周波端子と基準電位との間に接続された第3のn型電界効果トランジスタと、
前記第2の高周波端子と基準電位との間に接続された第4のn型電界効果トランジスタと、
を有し、
前記制御部は、
前記第1の電源電位及び前記第3の電源電位が供給され、第1の制御信号に基づいて、前記第1のn型電界効果トランジスタのゲート及び前記第3のn型電界効果トランジスタのゲートのうちの一方に対してハイレベルの信号を出力し他方に対してロウレベルの信号を出力すると共に、一方の出力端子から前記第1のn型電界効果トランジスタのゲートに対して出力する信号と同レベルの信号を出力し、他方の出力端子から前記第3のn型電界効果トランジスタのゲートに対して出力する信号と同レベルの信号を出力する第1の差動回路と、
前記第2の電源電位と前記第3の電源電位との間に接続され、入力端子が前記第1の差動回路の前記一方の出力端子に接続され、出力端子が前記第3のn型電界効果トランジスタのバックゲートに接続された第1のCMOCインバータと、
前記第1の電源電位及び前記第3の電源電位が供給され、第2の制御信号に基づいて、前記第2のn型電界効果トランジスタのゲート及び前記第4のn型電界効果トランジスタのゲートのうちの一方に対してハイレベルの信号を出力し他方に対してロウレベルの信号を出力すると共に、一方の出力端子から前記第4のn型電界効果トランジスタのゲートに対して出力する信号と同レベルの信号を出力し、他方の出力端子から前記第2のn型電界効果トランジスタのゲートに対して出力する信号と同レベルの信号を出力する第2の差動回路と、
前記第2の電源電位と前記第3の電源電位との間に接続され、入力端子が前記第2の差動回路の前記一方の出力端子に接続され、出力端子が前記第2の電界効果トランジスタのバックゲートに接続された第2のCMOCインバータと、
を有し、
前記第1及び第2の制御信号により、前記第1及び第4の電界効果トランジスタをオン状態とし、前記第2及び第3の電界効果トランジスタをオフ状態として、前記高周波入出力端子を前記第1の高周波端子に接続する第1状態と、前記第1及び第4の電界効果トランジスタをオフ状態とし、前記第2及び第3の電界効果トランジスタをオン状態として、前記高周波入出力端子を前記第2の高周波端子に接続する第2状態と、を選択することを特徴とする高周波信号用スイッチ回路。 - 前記制御部は、
前記第2の電源電位と前記第3の電源電位との間に接続され、入力端子が前記第1の差動回路の前記他の出力端子に接続され、出力端子が前記第1のn型電界効果トランジスタのバックゲートに接続された第3のCMOCインバータと、
前記第2の電源電位と前記第3の電源電位との間に接続され、入力端子が前記第2の差動回路の前記他の出力端子に接続され、出力端子が前記第4のn型電界効果トランジスタのバックゲートに接続された第4のCMOCインバータと、
をさらに有することを特徴とする請求項1記載の高周波信号用スイッチ回路。 - 前記第1の差動回路は、
ソースが前記第1の電源電位に接続され、ドレインが前記第3のn型電界効果トランジスタのゲート及び前記第1のn型電界効果トランジスタのゲートにそれぞれ接続され、ゲートに前記第1の制御信号及びその反転信号がそれぞれ入力される一対のp型電界効果トランジスタと、
ソースが前記第3の電源電位に接続され、ドレインが前記第1の差動回路の前記他方の出力端子及び前記一方の出力端子にそれぞれ接続され、ゲートに前記一方の出力端子及び前記他方の出力端子がそれぞれ接続された一対のn型電界効果トランジスタと、
ソースが前記他方の出力端子及び前記一方の出力端子にそれぞれ接続され、ドレインが前記第3のn型電界効果トランジスタのゲート及び前記第1のn型電界効果トランジスタのゲートにそれぞれ接続され、ゲートに参照電位が印加される他の一対のn型電界効果トランジスタと、
を有し、
前記第2の差動回路は、
ソースが前記第1の電源電位に接続され、ドレインが前記第4のn型電界効果トランジスタのゲート及び前記第2のn型電界効果トランジスタのゲートにそれぞれ接続され、ゲートに前記第2の制御信号及びその反転信号がそれぞれ入力される一対のp型電界効果トランジスタと、
ソースが前記第3の電源電位に接続され、ドレインが前記第2の差動回路の前記一方の出力端子及び前記他方の出力端子にそれぞれ接続され、ゲートに前記他方の出力端子及び前記一方の出力端子がそれぞれ接続された一対のn型電界効果トランジスタと、
ソースが前記一方の出力端子及び前記他方の出力端子にそれぞれ接続され、ドレインが前記第4のn型電界効果トランジスタのゲート及び前記第2のn型電界効果トランジスタのゲートにそれぞれ接続され、ゲートに参照電位が印加される他の一対のn型電界効果トランジスタと、
を有する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の高周波信号用スイッチ回路。 - 前記第1の差動回路は、ソースが前記第1の差動回路の前記一対のp型電界効果トランジスタのドレインにそれぞれ接続され、ドレインが前記第1の差動回路の前記他方の出力端子及び前記一方の出力端子にそれぞれ接続され、ゲートに基準電位が印加される他の一対のp型電界効果トランジスタをさらに有し、
前記第2の差動回路は、ソースが前記第2の差動回路の前記一対のp型電界効果トランジスタのドレインにそれぞれ接続され、ドレインが前記第2の差動回路の前記一方の出力端子及び前記他方の出力端子にそれぞれ接続され、ゲートに基準電位が印加される他の一対のp型電界効果トランジスタをさらに有する
ことを特徴とする請求項3記載の高周波信号用スイッチ回路。 - 前記第1及び第2のCMOSインバータをそれぞれ構成するn型電界効果トランジスタのしきい値電圧は、前記制御部を構成する他のn型電界効果トランジスタのしきい値電圧よりも低く、前記第1及び第2のCMOSインバータをそれぞれ構成するp型電界効果トランジスタのしきい値電圧は、前記制御部を構成する他のp型電界効果トランジスタのしきい値電圧よりも高いことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の高周波信号用スイッチ回路。
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Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011166663A (ja) * | 2010-02-15 | 2011-08-25 | Renesas Electronics Corp | アンテナスイッチおよびそれを内蔵した高周波モジュール |
JP2011193449A (ja) * | 2010-02-12 | 2011-09-29 | Infineon Technologies Ag | 高周波スイッチング回路 |
JP2012044637A (ja) * | 2010-07-02 | 2012-03-01 | Renesas Electronics Corp | スイッチ回路装置 |
JP2013009138A (ja) * | 2011-06-24 | 2013-01-10 | Hitachi Metals Ltd | 高周波スイッチ回路、及び複合高周波スイッチ回路 |
US9209800B2 (en) | 2013-02-01 | 2015-12-08 | Kabushiki Kaisha Toshiba | High freuency semiconductor switch and wireless device |
JP2016010156A (ja) * | 2014-06-26 | 2016-01-18 | インフィネオン テクノロジーズ アーゲーInfineon Technologies Ag | ロバストなマルチプレクサ、およびロバストなマルチプレクサの操作方法 |
US9595945B2 (en) | 2015-03-13 | 2017-03-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Switch control circuit and switch circuit |
CN115865061A (zh) * | 2023-03-02 | 2023-03-28 | 康希通信科技(上海)有限公司 | 射频开关的辅助控制电路以及射频开关的逻辑转换电路 |
-
2008
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Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9246483B2 (en) | 2010-02-12 | 2016-01-26 | Infineon Technologies Ag | High-frequency switching circuit |
JP2011193449A (ja) * | 2010-02-12 | 2011-09-29 | Infineon Technologies Ag | 高周波スイッチング回路 |
JP2013240095A (ja) * | 2010-02-12 | 2013-11-28 | Infineon Technologies Ag | 高周波スイッチング回路 |
US9570974B2 (en) | 2010-02-12 | 2017-02-14 | Infineon Technologies Ag | High-frequency switching circuit |
DE102011003880B4 (de) * | 2010-02-12 | 2016-12-29 | Infineon Technologies Ag | Mobiltelefon |
JP2011166663A (ja) * | 2010-02-15 | 2011-08-25 | Renesas Electronics Corp | アンテナスイッチおよびそれを内蔵した高周波モジュール |
JP2012044637A (ja) * | 2010-07-02 | 2012-03-01 | Renesas Electronics Corp | スイッチ回路装置 |
JP2013009138A (ja) * | 2011-06-24 | 2013-01-10 | Hitachi Metals Ltd | 高周波スイッチ回路、及び複合高周波スイッチ回路 |
US9461643B2 (en) | 2013-02-01 | 2016-10-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | High freuency semiconductor switch and wireless device |
US9209800B2 (en) | 2013-02-01 | 2015-12-08 | Kabushiki Kaisha Toshiba | High freuency semiconductor switch and wireless device |
JP2016010156A (ja) * | 2014-06-26 | 2016-01-18 | インフィネオン テクノロジーズ アーゲーInfineon Technologies Ag | ロバストなマルチプレクサ、およびロバストなマルチプレクサの操作方法 |
US9595945B2 (en) | 2015-03-13 | 2017-03-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Switch control circuit and switch circuit |
CN115865061A (zh) * | 2023-03-02 | 2023-03-28 | 康希通信科技(上海)有限公司 | 射频开关的辅助控制电路以及射频开关的逻辑转换电路 |
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