JP5259678B2

JP5259678B2 - 単極多投スイッチ

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Publication number: JP5259678B2
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Inventors: イルコヴニコライ
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Description

単極Ｎ投無線周波（ＲＦ）スイッチでは、挿入損失が、切り替えアクティブ要素（例えば、ＣＭＯＳトランジスタ、相補形金属膜酸化半導体トランジスタ）のオン抵抗により低減し、ポート間絶縁を改良するために使用されるオフポートシャントの抵抗の１／（Ｎ−１）に直列するオフポートの寄生容量の（Ｎ−１）倍だけ低減する。抵抗を、シャントのサイズ（例えば、長さまたは幅）を増大させることにより低減することができ、静電容量は外部ＬＣ整合回路網により整合される。アンテナ切り替え用途の場合、例えば、ＥＳＤ保護および低周波数帯域での寄生容量の補償のために並列インダクタが追加される一方で、直列インダクタ−並列キャパシタ回路網が高帯域整合に使用される。

既知のスイッチのいくつかは、挿入損失が高いという欠点を有する。既知のスイッチの他のいくつかは、離散要素または外部構成要素が多いという欠点を有する。

様々な態様が本明細書に開示される。例えば、いくつかの態様は単極多投スイッチに関する。このスイッチは、第１の切り替えユニットと、共通ポートに結合され、オフ状態寄生静電容量を備える第２の切り替えユニットと、整合ユニットとを備え得る。整合ユニットは、第１の切り替えユニットと共通ポートとの間に結合することができ、整合ユニットは、第１の切り替えユニットがアクティブであり、第２の切り替えユニットが非アクティブである場合、第２の切り替えユニットのオフ状態寄生静電容量と併せて、インピーダンス整合に寄与するように構成される。

本開示のこれらおよび他の態様は、以下の詳細な説明の検討から明らかになるであろう。

例示的な様々な実施形態について、添付図を参照して以下にさらに詳細に説明する。

例示的な実施形態による単極多投スイッチのブロック図である。例示的な実施形態による単極多投スイッチのブロック図である。切り替え装置を表す電気回路の一例の概略図である。１つの切り替えユニットがアクティブ（１つの広帯域ポートがアクティブ）な状態の単極多投スイッチの均等例の概略図である。１００ＭＨｚ〜５ＧＨｚの周波数範囲内の本発明によるスイッチの整合を示すスミス図の一例である。単極多投スイッチを使用する例示的な方法のフローチャートである。

以下では、同じ参照番号が部分的に、同じまたは同様の機能特性を有する機能ユニットおよび他の要素に使用され、１つの図に関する記述は実施形態の説明の冗長性を低減するために他の図にも当てはまる。

図１は、例示的な実施形態による単極多投スイッチ１００のブロック図を示す。単極多投スイッチ１００は、第１の切り替えユニット１１０、第２の切り替えユニット１２０、および整合ユニット１３０を備える。第２の切り替えユニット１２０は、共通ポート１０２に結合され、オフ状態寄生静電容量を備える。整合ユニット１３０は、第１の切り替えユニット１１０と共通ポート１０２との間に電気的に結合される。さらに、整合ユニット１３０は、第１の切り替えユニット１１０がアクティブであり、第２の切り替えユニット１２０が非アクティブの場合、第２の切り替えユニット１２０のオフ状態寄生静電容量と併せて、インピーダンス整合に寄与するように構成される。

２つの別個の切り替えユニットを有する単極多投スイッチ１００を実施し、第１の切り替えユニット１１０の出力整合のために第２の切り替えユニット１２０のオフ状態寄生静電容量を使用することにより、スイッチ１００の挿入損失を大幅に低減することができる。さらに、インピーダンス整合する整合ユニット１３０の共通ポート側で有効な第２の切り替えユニット１２０のオフ状態寄生静電容量を使用することにより、例えば、整合ユニット１３０の一部としてインピーダンス整合に従来必要な整合キャパシタがもはや必要なくなり得る。このようにして、スイッチの要素または外部構成要素の数を低減し得る。スイッチの要素数の低減により、スイッチのコストも低減し得る。さらに、第１の切り替えユニット１１０（または第１の切り替えユニットを通る経路）および／または第２の切り替えユニット１２０（または第２の切り替えユニットを通る経路）に対する（例えば、共通ポートでの）インピーダンス整合を改良させ得る。

単極多投スイッチ１００の単極は、共通ポート１０２で表される。さらに、各切り替えユニット１１０、１２０は、共通ポート１０２に提供される信号を受信するか、または共通ポート１０２から受信される信号を提供する、スイッチ１００の「投」ポートに結合された少なくとも１つの入力端子および／または出力端子を備える。

共通ポート１０２は、例えば、信号を受信または送信するアンテナまたは伝送線に結合し得る。

整合ユニット１３０は、第１の切り替えユニット１１０がアクティブな場合、共通ポート１０２から第１の切り替えユニット１１０に、または第１の切り替えユニット１１０から共通ポート１０２に流れる信号に対するインピーダンスを整合させるためオフ状態寄生静電容量を利用するように構成され得る。換言すれば、整合ユニット１３０は、まるで、第２の切り替えユニット１２０のオフ状態寄生静電容量が整合ユニット１３０の要素または構成要素であるかのように設計され得る。

第１の切り替えユニット１１０および第２の切り替えユニット１２０はそれぞれ、少なくとも１つの信号経路を備える。切り替えユニットの信号経路がオンに切り替えられると、切り替えユニットを通って共通ポート１０２から切り替えユニットの出力に、または切り替えユニットの入力から共通ポート１０２に信号が通ることができるように、切り替えユニットはアクティブである。当然ながら、切り替えユニットの「投」ポートは入力／出力ポートであり得るように、切り替えユニットは双方向であり得る。他方、切り替えユニットは、切り替えユニットの信号経路がオンに切り替えられず、信号が切り替えユニットを通ることができない場合、非アクティブである。

整合ユニット１３０は、第１の切り替えユニットがアクティブである場合、第２の切り替えユニット１２０のオフ状態寄生静電容量と併せて、インピーダンス整合に寄与する。これは、例えば、第１の切り替えユニット１１０を通る（例えば、第１の切り替えユニットの「投」ポートから共通ポートに向かう）信号の反射を、整合ユニット１３０を有さないスイッチと比較して低減し得る。

さらに、整合ユニット１３０は、第１の切り替えユニット１１０が非アクティブであり、第２の切り替えユニット１２０がアクティブな場合、インピーダンス整合に寄与し得る。換言すれば、整合ユニット１３０は、第２の切り替えユニット１２０を通る（例えば、第２の切り替えユニットの「投」ポートから共通ポートに向かう）信号の反射を低減することもできる。

第１の切り替えユニット１１０もオフ状態寄生静電容量を備えるが、第２の切り替えユニット１２０を通る信号のインピーダンス整合に対する第１の切り替えユニット１１０のオフ状態寄生静電容量の影響は、第１の切り替えユニット１１０を通る信号のインピーダンス整合に対する第２の切り替えユニット１２０のオフ状態寄生静電容量の影響よりも低い。その理由は、第１の切り替えユニット１１０が整合ユニット１３０を通して共通ポート１０２に結合される一方で、第２の切り替えユニット１２０は、好ましくは、（例えば、いかなる集中要素も介在させずに）共通ポートに直接結合されるためである。これは、第２の切り替えユニット１２０を通る信号に対する第１の切り替えユニット１１０のオフ状態寄生静電容量の影響を低減し得る。換言すれば、整合ユニット１３０は、第２の切り替えユニットがアクティブである場合、インピーダンス整合に対する第１の切り替えユニット１１０のオフ状態寄生静電容量の寄与が、第１の切り替えユニット１１０がアクティブな場合、インピーダンス整合に対する第２の切り替えユニット１２０のオフ状態寄生静電容量の寄与よりも低くなるように構成される。

いくつかの実施形態では、第２の切り替えユニット１２０は共通ポート１０２に直接接続される。この場合、「直接接続」は、共通ポート１０２と第２の切り替えユニット１２０との結合が、ワイヤまたは他の単なる半導体のみにより実現されることを意味する。例えば、インダクタまたは静電容量として別個の要素が、第２の切り替えユニット１２０と共通ポート１０２との間（例えば、第２の切り替えユニットの切り替え装置と共通ポートとの間）に電気的に結合されない。換言すれば、例えば、接続線のインダクタンスを考えると、第２の切り替えユニット１２０と共通ポート１０２との電気接続は通常、整合ユニット１３０を通る第１の切り替えユニット１１０から共通ポート１０２までの電気経路のインダクタンスの１０％未満（または０．１％未満、１％未満、５％未満、２０％未満、５０％未満）のインダクタンスを備える。

単極多投スイッチ１００は、第１の切り替えユニット１１０を使用して高周波信号を切り替え、第２の切り替えユニット１２０を使用して低周波信号を切り替えるために使用し得る。換言すれば、スイッチ１００は、共通ポート１０２において異なる周波数の信号を（同時に、または順次）受信または提供し得る。これら信号のうちのいくつかは、他方の信号よりも高い周波数を備える。したがって、信号を高周波信号および低周波信号に分けることができ、低周波と高周波との境目は特定の用途に適合し得る。例えば、携帯電話またはセルラハンドセット用途では、１ＧＨｚ未満の周波数を有する信号は「低周波信号」と定義され、１ＧＨｚよりも高い周波数を有する信号は「高周波信号」と定義され得る。したがって、第１の切り替えユニット１１０を通る共通ポート１０２からの信号経路のインピーダンス整合は、第２の切り替えユニット１２０により切り替えられる信号よりも高い周波数を有する信号に対して、整合ユニット１３０により改良させることができる。換言すれば、単極多投スイッチ１００は、少なくとも１つの低周波信号および少なくとも１つの高周波信号を切り替え可能であり得、整合ユニット１３０は、第１の切り替えユニット１１０により切り替えられた場合の高周波に対する整合ユニット１３０により行われるインピーダンス整合のほうが、第２の切り替えユニット１２０により切り替えられる場合の高周波信号に対するインピーダンス整合よりも良好なように設計され得る。さらに換言すれば、整合ユニットは、第１の切り替えユニット１１０を通る信号経路が、第１の周波数を有する信号のプリセットインピーダンス整合を達成し、第２の切り替えユニット１２０を通る信号経路が、第１の周波数の５０％（または８０％、３０％、１０％、１％）未満の第２の周波数を有する信号に対してさえもプリセットインピーダンス整合を達成しないように構成され得る。さらに、共通ポート１０２から第２の切り替えユニット１２０を通る信号経路のインピーダンス整合は、第１の切り替えユニット１１０により切り替えられる信号よりも低い周波数を有する信号に対して整合ユニット１３０により改良し得る。換言すれば、整合ユニット１３０は、場合によっては、第２の切り替えユニット１２０により切り替えられた場合の低周波信号に対して整合ユニット１３０によって行われるインピーダンス整合のほうが、第１の切り替えユニット１１０により切り替えられた場合の低周波信号に対するインピーダンス整合よりも良好であるように設計され得る。

図２は、例示的な実施形態による単極多投スイッチ２００のブロック図を示す。単極多投スイッチ２００は、図１に示される概念のより詳細な例を示す。この例では、各切り替えユニット１１０、１２０は、少なくとも２つの信号経路２１６ａ、ｂ、２１６ｃ、ｄを備え、各信号経路２１６ａ−２１６ｂは各自のポート２１２ａ−２１２ｄ（ポートＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３、ＲＦｎ）に結合され、切り替え装置２１４を備える。

図２では、共通ポート１０２は入力として示され、切り替えユニット１１０、１２０の信号経路２１６ａ〜２１６ｄのポート２１２ａ〜２１２ｄは、共通ポート１０２において受信される信号の出力として示される。あるいは、切り替えユニットの信号経路２１６ａ〜２１６ｄのポート２１２ａ〜２１２ｄを入力として定義し、共通ポート１０２を、共通ポート１０２において提供される信号の出力として定義し得る。共通ポート１０２および切り替えユニットの信号経路２１６ａ〜２１６ｄのポート２１２ａ〜２１２ｄは、共通ポート１０２において信号を受信および提供する入力および出力として使用してもよい。したがって、単極多投スイッチ２００は、受信器、送信器、または送受信器に使用し得る。以下において、スイッチは共通ポート１０２での信号の受信および／または提供に使用し得るため、入力として示される端子は、出力または入出力端子とでもあり得る。

各切り替え装置２１４は、整合ユニット１３０に結合された第１の端子と、共通ポート１０２に提供される信号を受信し、または共通ポート１０２から受信した信号を提供する対応する信号経路２１６のポートに結合された第２の端子とを備える。さらに、各切り替え装置２１４は、制御信号を受信する制御入力を備える。制御信号は、切り替え装置２１４のアクティブ化または非アクティブ化に関して切り替え装置２１４を制御し得る。

切り替え装置２１４は、例えば、トランジスタ、中継器、または微小機械スイッチを含み得る。

単極多投スイッチ２００を使用して、切り替えユニットの異なるポート２１２ａ〜２１２ｄにおいて異なる周波数範囲の信号を提供（または、送信）し、および／または受信し得る。上述した例によれば、第１の切り替えユニット１１０のポート２１２ａ、ｂは、第２の切り替えユニット１２０のポート２１２ｃ、ｄにおいて受信または提供される信号の周波数よりも高い周波数を有する信号を受信または提供し得る。換言すれば、第１の切り替えユニット１１０のポート２１２ａ、ｂは、比較的高い周波数を有する信号を提供または処理するように構成された信号源または信号ドレインに結合し得、第２の切り替えユニット１２０のポート２１２ｃ、２１２ｄは、比較的低い周波数を有する信号を提供または処理するように構成された信号源または信号ドレインに結合し得る。そのような用途の場合、整合ユニット１３０が、高周波信号（第１の切り替えユニット１１０のポート２１２ａ、ｂにおいて受信または提供される信号）のインピーダンス整合を改良し得るように設計され得る。アンテナに結合された共通ポートに結合されたスイッチの場合、異なる周波数を有する複数の信号を切り替えユニットのポート２１２ａ〜ｄにおいて受信かつ提供し得、比較的高い周波数を有する信号は、上述したインピーダンス整合により、第２の切り替えユニット１２０よりも第１の切り替えユニット１１０からのほうがより良好な品質で提供し得る。さらに、整合ユニット１３０は、低周波信号（第２の切り替えユニット１２０のポート２１２ｃ、ｄにおいて提供または受信される信号）のインピーダンス整合も改良するように設計され得る。

図２に示される例では、整合ユニット１３０は、直列インダクタＬｓｅｒおよび並列インダクタＬｅｓｄを備える。直列インダクタＬｓｅｒは、共通ポート１０２に結合される第１の端子と、第１の切り替えユニット１１０の各切り替え装置に（例えば、直接）結合される第２の端子とを備える。並列インダクタンスＬｅｓｄは、基準電位供給（例えば、接地、ＧＮＤ、０Ｖ）に結合される第１の端子と、第１の切り替えユニット１１０と直列インダクタＬｓｅｒとの間のノードに電気的に結合される第２の端子とを備える。この例では、整合ユニット１３０は、第２の切り替えユニット１２０のオフ状態寄生静電容量と組み合わせて、インピーダンス整合に寄与するインダクタ−静電容量整合回路網（Ｌ−Ｃ回路網）を表す。インピーダンス整合に第２の切り替えユニット１２０のオフ状態寄生静電容量を使用することにより、Ｌ−Ｃ回路網の追加キャパシタは必要ない。したがって、既知のスイッチと比較して、スイッチの構成要素数を低減し得る。

あるいは、並列インダクタＬｅｓｄの第２の端子を、第１の切り替えユニット１１０と直列インダクタＬｓｅｒとの間のノードではなく、共通ポート１０２に電気的に結合してもよい。

別の例では、図２に示されるインダクタ構成が好ましいが、直列インダクタＬｓｅｒおよび／または並列インダクタＬｅｓｄをキャパシタおよび／または抵抗で置換し得る。

インピーダンス整合への寄与に加えて、並列インダクタＬｅｓｄをＥＳＤ（静電気放電）保護に使用し得る。

図３は、切り替え装置２１４を表す電気回路の概略図を示し、トランジスタＮ１〜Ｎ４をバイアスするため存在しても、または存在しなくてもよいバイアス回路は、簡明化のために省かれている。図３に示される切り替え装置２１４は、図２に示される単極多投スイッチ内に実装される切り替え装置の一例であり、単極単投スイッチ（ＳＰＳＴスイッチ）と呼ぶこともできる。切り替えユニット２１４は、（整合ユニット１３０の横にある第１の切り替えユニット１１０が、共通ポート１０２から離れている場合、および整合ユニット１３０の横にある第２の切り替えユニット１２０が、共通ポート１０２に結合されている場合）整合ユニットに結合される入力ポート２１４ａと、切り替え装置の対応する信号経路のポートに結合される出力ポート２１４ｂと、制御信号を受信する制御ポート２１４ｃとを備える。

図３の例に関して示されるように、切り替え装置は複数の直列トランジスタを備え得、直列トランジスタのすべてのゲートは、切り替え装置の制御入力に結合される。さらに、複数の直列トランジスタのうちの第１のトランジスタは、切り替え装置の第１の端子に結合され、複数の直列トランジスタのうちの最後のトランジスタは、切り替え装置の第２の端子に結合される。

図３に示される例は、直列の２つの切り替えトランジスタ（Ｎ３、Ｎ４）およびシャントトランジスタ（Ｎ１、Ｎ２）を有するＳＰＳＴブロックを示す。直列するオントランジスタおよびシャントトランジスタ（例えば、高周波金属酸化膜半導体トランジスタ、ｈｆｍｏｓ）の数は、異なる切り替え電力および整合の場合に様々であり得る。ドライバＤ１およびＤ２は、例えば、スイッチの切り替えに使用される論理信号（ドライバＤ２に対してインバータＩ１により反転し得る）を正電圧に変換して、対応するトランジスタをオンにするか、または負電圧（または０Ｖ）に変換して、トランジスタをオフに切り替える。例えば、導電状態（ＳＰＳＴブロック２１４のオン状態）では、Ｎ１およびＮ２はオフ（Ｄ２出力が負電圧または０Ｖ）であり、Ｎ３および図４はオン（Ｄ１出力が正電圧）である。制御電圧は、積層トランジスタ数ひいてはＩＣ面積を最低限に抑えるために、破壊限界に近いものを選択し得る。ゲート抵抗Ｒ１〜Ｒ４は、切り替えトランジスタのゲート間の不十分なＲＦ絶縁および低出力インピーダンスゲートドライバによる追加の損失およびひずみを回避するために、高値を有し得る。電力処理能力Ｐｍａｘは、例えば、制御電圧Ｖｃ、閾値電圧Ｖｔｈ、システムインピーダンスＺｏ、および積層トランジスタ数ｎに依存する。

図３に示される切り替え装置は、ＣＭＯＳＳＰＳＴＲＦスイッチ（双補形金属酸化膜半導体単極単投無線周波スイッチ）構築ブロックであり得る。

以下に、本発明による概念の可能な用途について説明する。例えば、特に、セルラ電話分野において規定される通信規格の数の上昇により、６つ以上の異なる帯域を切り替える需要が増大した。同時に、単一ＰＡ（電力増幅器）概念および複数受信器が使用されるにつれ、システム部品表内のスイッチの総数（または相対的な総数）が増大する。例えば、単極多投スイッチは、共通ポート（例えば、アンテナポート）と各切り替え（ＲＦ）ポートとの間の１つ以上の切り替え要素または切り替え装置（「オントランジスタ」）（例として、ＣＭＯＳまたはＰＨＥＭＴトランジスタ、シュードモルフィック高電子移動度トランジスタ）および各切り替えポートとＲＦ接地との間の切り替え要素（「シャントトランジスタ」）により実施し得る。切り替え要素は、オフ状態でかなりの寄生容量を有し、オン状態では有限抵抗を有するため、例えば、寄生低Ｑ容量の値は、切り替えるべきＲＦポートの数に伴って急激に増大する。高電力信号の場合、寄生容量を直列のトランジスタの数により数分の１減少させるために、より多数の切り替えトランジスタが直列に結合されるが、挿入損失を低減するための非常に大きなトランジスタ幅による寄生容量の増大のほうがより大きいため、性能はスイッチサイズに伴って低減する。ＲＦスイッチ、特にオン抵抗（Ｒｏｎ）および切り替え要素のノード間の寄生容量（Ｃｏｆｆ）の構築に使用される技術は、性能向上の鍵である。積Ｒｏｎ^＊Ｃｏｆｆは、性能指数として使用し得る。ＺｏインピーダンスシステムでのｎポートＳＰｎＴスイッチ（単極多投スイッチ）の挿入損失は、

である。

例えば、ポート数の増大に伴って、容量性負荷は増大し、それにより、整合回路網の変換係数および低Ｑ整合構成要素の損失も同様に増大する。例えば、セルラハンドセット用途で切り替えられる帯域のうちのいくつかは、切り替えられる帯域の残りと比較してむしろ低いＲＦ周波数であるため、ＳＰｎＴスイッチをＳＰ（ｎ−ｍ）Ｔ（単極（ｎ−ｍ）投）およびＳＰｍＴ（単極ｍ投）に分けることが可能である。但し、ｍは低周波数帯域ポートの数である。そのような回路構成の例を図２に示し、均等回路４００を図４に示す（１つの広帯域ポートがアクティブであり、第１の切り替えユニット１１０の１つのポートがアクティブである）。Ｃ１（図４の第１の切り替えユニットのオフ状態寄生静電容量）の効果が低周波で小さいため、低帯域ポート（第２の切り替えユニット１２０のポート２１２ｃ、ｄ）は、直列になった並列インダクタＬｅｓｄおよびＬｓｅｒにより整合され、その一方で、広帯域ノード（第１の切り替えユニット１１０のポート２１２ａ、ｂ）は、Ｌｅｓｄ、Ｌｓｅｒ、および低帯域トランジスタの寄生容量Ｃ２（第２の切り替えユニットのオフ状態寄生静電容量）により整合される。アンテナの低帯域ポート間に直接接続（第２の切り替えユニットから共通ポートへの接続）を提供すること、広帯域ポートの数を低減すること（例えば、従来のスイッチと比較して）、および／または整合キャパシタ（例えば、共通ポートにおけるシャント静電容量として通常配置される集中キャパシタ）を低帯域ポート切り替え要素の寄生容量（第２の切り替えユニットのオフ状態寄生静電容量）で置換することにより、部品表を低減すると共に、動作周波数範囲全体内のＳＰｎＴスイッチの挿入損失を改良することができる。

この例では、整合ユニット１３０または整合回路網は、第１の切り替えユニット１１０に結合される側にシャントインダクタＬｅｓｄ、第１の切り替えユニット１１０と共通ポート１０２との間に直列インダクタＬｓｅｒ、および共通ポート１０２に結合される側にシャントキャパシタとして第２の切り替えユニット１２０のオフ状態寄生静電容量を備える第１の切り替えユニット１１０と共通ポート１０２との間のπ要素が有効であるように設計され得、そして、直列インダクタＬｓｅｒの直列接続、シャントインダクタＬｅｓｄの並列接続、および第１の切り替えユニット１１０のオフ状態寄生静電容量で構成されるシャントインピーダンスが、有効であるように設計され得る。

さらに、図５は、図４に示される概略図でシミュレートされた１００ＭＨｚ〜５ＧＨｚの周波数範囲での本発明によるスイッチの整合を示すスミス図５００を示す。２つの周波数のうちの一方または両方の周波数のインピーダンス整合を既知のスイッチと比較して改良することができる。

以下に、図２に示される実施形態のいくつかの変形を説明する。

いくつかの実施形態は、第１の切り替えユニット１１０、第２の切り替えユニット１２０、および整合ユニット１３０を備える単極多投スイッチに関する。第２の切り替えユニット１２０は、共通ポート１０２に結合され、オフ状態寄生静電容量を備える。整合ユニット１３０は、第１の切り替えユニット１１０と共通ポート１０２との間に直接結合される。さらに、整合ユニット１３０は、第１の切り替えユニット１１０がアクティブであり、第２の切り替えユニット１２０が非アクティブである場合、第２の切り替えユニット１２０のオフ状態寄生静電容量と併せて、インピーダンス整合に寄与するように構成される。第１の切り替えユニット１１０は、第１の切り替え装置および第２の切り替え装置を備え、第２の切り替えユニット１２０は、第１の切り替え装置および第２の切り替え装置を備える。さらに、整合ユニット１３０は、直列インダクタＬｓｅｒおよび並列インダクタＬｅｓｄを備える。整合ユニットの直列インダクタＬｓｅｒは、第１の切り替えユニット１１０と共通ポート１０２との間に電気的に結合され、並列インダクタＬｅｓｄは、第１の端子で基準電位供給に結合されると共に、第２の端子で、第１の切り替えユニット１１０と直列インダクタＬｓｅｒとの間のノードに電気的に結合される。

第１の切り替えユニット１１０の第１の切り替え装置は、整合ユニット１３０の直列インダクタＬｓｅｒおよび並列インダクタＬｅｓｄに結合される第１の端子２１４ａと、第１の切り替えユニット１１０の第１のポート２１２ａ（入力および／または出力）に結合される第２の端子２１４ｂとを備える。さらに、第１の切り替えユニット１１０の第１の切り替え装置は、制御信号を受信する制御入力２１４ｃを備える。

第１の切り替えユニット１１０の第２の装置は、整合ユニット１３０と第１の切り替えユニット１１０の第１の切り替え装置との間のノードに結合される第１の端子２１４ａと、第１の切り替えユニット１１０の第２のポート２１２ｂに結合される第２の端子２１４ｂとを備える。さらに、第１の切り替えユニット１１０の第２の切り替え装置は、制御信号を受信する制御入力２１４ｃを備える。

第２の切り替えユニット１２０の第１の切り替え装置は、共通ポート１０２に結合される第１の端子２１４ａと、第２の切り替えユニット１２０の第１のポート２１２ｃに結合される第２の端子２１４ｂとを備える。さらに、第２の切り替えユニット１２０の第１の切り替え装置は、制御信号を受信する制御入力２１４ｃを備える。

第２の切り替えユニット１２０の第２の切り替え装置は、共通ポート１０２に結合される第１の端子２１４ａと、第２の切り替えユニット１２０の第２のポート２１２ｄに結合される第２の端子２１４ｂとを備える。さらに、第２の切り替えユニット１２０の第２の切り替え装置は、制御信号を受信する制御入力２１４ｃを備える。

いくつかのさらなる実施形態は、第１の切り替えユニット１１０、第２の切り替えユニット１２０、および整合ユニット１３０を備える単極多投スイッチに関する。第２の切り替えユニット１２０は、共通ポート１０２に結合され、オフ状態寄生静電容量を備える。整合ユニット１３０は、第１の切り替えユニット１１０と共通ポート１０２との間に電気的に結合され、第１の切り替えユニット１１０がアクティブであり、第２の切り替えユニット１２０が非アクティブである場合、第２の切り替えユニット１２０のオフ状態寄生静電容量と併せて、インピーダンス整合に寄与する。さらに、整合ユニット１３０は、第１の切り替えユニット１１０が非アクティブであり、第２の切り替えユニット１２０がアクティブである場合、インピーダンス整合に寄与する。単極多投スイッチは、少なくとも１つの低周波信号および少なくとも１つの高周波信号を切り替えるように構成され、整合ユニット１３０は、第１の切り替えユニット１１０により切り替えられる場合の高周波信号に対して整合ユニット１３０によって行われるインピーダンス整合のほうが、第２の切り替えユニット１２０により切り替えられる場合の高周波信号に対するインピーダンス整合よりも良好なように構成される。

いくつかの実施形態は、複数の送信ユニットおよび上述した概念による単極多投スイッチを備えるマルチバンド送信器に関する。単極多投スイッチの第１の切り替えユニットに結合された複数の送信ユニットの各送信ユニットは、第２の切り替えユニットに結合された複数の送信ユニットのすべての送信ユニットにより提供される信号のすべての周波数よりも高い周波数を有する信号を提供する。

同じように、複数の受信ユニットおよび説明された概念による単極多投スイッチを備えるマルチバンド受信器も実現し得る。この場合、単極多投スイッチの第１の切り替えユニットに結合された複数の受信ユニットの各受信ユニットは、第２の切り替えユニットに結合された複数の受信ユニットのすべての受信ユニットにより受信される信号のすべての周波数よりも高い周波数を有する信号を受信するように構成される。

さらに、上述したマルチバンド送信器とマルチバンド受信器の概念を組み合わせることにより、マルチバンド送受信器を実現し得る。

上述した概念によりこのようにして、第１の切り替えユニット１１０を通る信号経路は、第２の切り替えユニットにより切り替えられる信号の周波数よりも高い周波数を有する信号に使用される。

いくつかの実施形態は、単極多投ＲＦスイッチに関する。

上述した概念に関連する用語ＲＦ（無線周波数）は、例えば、１００ＭＨｚ〜１００ＧＨｚの周波数を含む。例えば、モバイル通信用途の周波数範囲全体が含まれる。しかし、より低い周波数（例えば、１ＭＨｚ、またはそれよりも低い周波数から開始される）を無線周波数と考えてもよい。

提案される回路は、単極多投ＲＦスイッチの挿入損失を改良するのと同時に、アンテナポート整合回路網内の外部構成要素の数（既知のスイッチのスイッチ寄生容量を補償するために使用される）を低減することができる。

提案されるＲＦスイッチは、２つの別個の切り替えブロック（切り替えユニット）を有し、例えば、１つは低周波で動作するチャネル専用であり、スイッチの共通ポートに直接接続され、ひいては整合キャパシタをスイッチの第２の広帯域部分の代わりにする。１つの並列インダクタおよび１つの直列インダクタからなる整合回路網（整合ユニット）から要求される低い変換係数が、有利であり、例えば、広帯域スイッチに必要なポート数が少なく、これはより低い全体挿入損失に繋がり、既知のスイッチにより使用される並列キャパシタをなくすことができる。

単極多投スイッチを２つ以上のより小型のスイッチに分割し、部品数を低減したダイプレクサにより一緒に組み合わせる方法を提供し得、部品数の低減は、ＲＦスイッチ自体の寄生容量を使用することにより達成し得る。高周波信号はスイッチの第１の部分（第１の切り替えユニット）により切り替えることができ、低周波信号はスイッチの第２の部分（第２の切り替えユニット）により切り替えることができるため、上述した単極多投スイッチはダイプレクサを表し得る。

図６は、例示的な実施形態による単極多投スイッチを使用する方法６００のフローチャートを示す。単極多投スイッチは、第１の切り替えユニット、第２の切り替えユニット、および整合ユニットを備える。第２の切り替えユニットは、共通ポートに結合され、オフ状態寄生静電容量を備える。整合ユニットは、第１の切り替えユニットと共通ポートとの間に電気的に結合され、第１の切り替えユニットがアクティブであり、第２の切り替えユニットが非アクティブの場合、第２の切り替えユニットの寄生オフ状態寄生容量と併せて、インピーダンス整合に寄与する。方法６００は、共通ポートにおいて第１の周波数を有する信号を受信または提供するために第１の切り替えユニットをアクティブ化すること（６１０）および共通ポートにおいて第２の周波数を有する信号を受信または提供するために第２の切り替えユニットをアクティブ化すること（６２０）を含む。第１の周波数は第２の周波数よりも高い。

いくつかの態様を装置の文脈で説明したが、これら態様が対応する方法の説明も表し、ブロックまたは装置が方法ステップまたは方法ステップの特徴に対応することが明らかである。同様に、方法ステップの文脈で説明された態様も、対応する装置の対応するブロック、アイテム、または特徴の説明を表す。

請求項によっては、他の１つの請求項のみに関連するものもあるが、さらなる複数の請求項との組み合わせも可能であり得る。

１００、２００単極多投スイッチ
１０２共通ポート
１１０第１の切り替えユニット
１２０第２の切り替えユニット
１３０整合ユニット
２１２ａ〜ｄポート
２１４切り替え装置
２１４ａ第１の端子
２１４ｂ第２の端子
２１４ｃ制御入力
２１６ａ〜ｄ信号経路
４００均等回路
５００スミス図

Claims

第１の切り替えユニットと、
共通ポートに結合され、オフ状態寄生静電容量を備える第２の切り替えユニットと、
前記第１の切り替えユニットと前記共通ポートとの間に結合される整合ユニットであって、前記第１の切り替えユニットがアクティブであり、前記第２の切り替えユニットが非アクティブである場合、前記第２の切り替えユニットの前記オフ状態寄生静電容量と併せて、インピーダンス整合に寄与するように構成される、整合ユニットと
を備え、
前記第１の切り替えユニットおよび前記第２の切り替えユニットのそれぞれは切り替え装置を備え、各切り替え装置は、前記整合ユニットに結合される第１の端子と、前記共通ポートに提供する信号を受信すること、または前記共通ポートから受信される信号を提供することのうちの少なくとも一方を実行するように構成される第２の端子と、制御入力とを備え、
各切り替え装置は、前記制御入力において受信される制御信号によりアクティブ化されるように構成される、単極多投スイッチ。
前記整合ユニットは、前記第１の切り替えユニットが非アクティブであり、前記第２の切り替えユニットがアクティブである場合、インピーダンス整合に寄与するように構成される、請求項１に記載の単極多投スイッチ。
前記整合ユニットは、前記第１の切り替えユニットと前記共通ポートとの間に結合された直列インダクタを備えるか、または、前記第１の切り替えユニットと前記共通ポートとの間のノードに結合される第１の端子を備えると共に、基準電位供給に結合された第２の端子を備える並列インダクタを備える、請求項１に記載の単極多投スイッチ。
前記整合ユニットは、前記第１の切り替えユニットと前記共通ポートとの間に結合される直列インダクタを備え、かつ、前記第１の切り替えユニットと前記直列インダクタとの間のノードに結合される第１の端子を備えると共に、基準電位供給に結合される第２の端子を備える並列インダクタを備える、請求項１に記載の単極多投スイッチ。
前記第２の切り替えユニットは、直接接続を通して前記共通ポートに結合される、請求項１に記載の単極多投スイッチ。
前記第２の切り替えユニットと前記共通ポートとの間の電気接続は、前記整合ユニットを通る前記第１の切り替えユニットから前記共通ポートまでの電気経路のインピーダンスの１０％未満のインダクタンスを備える、請求項１に記載の単極多投スイッチ。
各切り替え装置は複数の直列トランジスタを備え、前記直列トランジスタのゲートは、各切り替え装置の前記制御入力に結合され、前記複数の直列トランジスタのうちの最初のトランジスタは、前記切り替え装置の前記第１の端子に結合され、前記複数の直列トランジスタのうちの最後のトランジスタは、各切り替え装置の前記第２の端子に結合される、請求項１に記載の単極多投スイッチ。
各切り替え装置は、中継器、機械スイッチ、またはトランジスタを含む、請求項１に記載の単極多投スイッチ。
第１の切り替えユニットと、
共通ポートに結合され、オフ状態寄生静電容量を備える第２の切り替えユニットと、
前記第１の切り替えユニットと前記共通ポートとの間に結合される整合ユニットであって、前記第１の切り替えユニットがアクティブであり、前記第２の切り替えユニットが非アクティブである場合、前記第２の切り替えユニットの前記オフ状態寄生静電容量と併せて、インピーダンス整合に寄与するように構成される、整合ユニットと
を備え、
前記第１の切り替えユニットは、第１の切り替え装置および第２の切り替え装置を備え、前記第２の切り替えユニットは、第１の切り替え装置および第２の切り替え装置を備え、
前記整合ユニットは、直列インダクタおよび並列インダクタを備え、前記整合ユニットの前記直列インダクタは、前記第１の切り替え装置と前記共通ポートとの間に結合され、前記並列インダクタは、基準電位供給に結合された第１の端子と、前記第１の切り替えユニットと前記直列インダクタとの間のノードに結合される第２の端子とを備え、
前記第１の切り替えユニットの前記第１の切り替え装置は、前記整合ユニットの前記直列インダクタおよび前記並列インダクタに結合される第１の端子と、前記第１の切り替えユニットの第１のポートに結合される第２の端子とを備え、前記第１の切り替えユニットの前記第１の切り替え装置は、制御信号を受信するように構成される制御入力を備え、
前記第１の切り替えユニットの前記第２の切り替え装置は、前記整合ユニットと前記第１の切り替えユニットの前記第１の切り替え装置との間のノードに結合される第１の端子と、前記第１の切り替えユニットの第２のポートに結合される第２の端子とを備え、前記第１の切り替えユニットの前記第２の切り替え装置は、制御信号を受信するように構成される制御入力を備え、
前記第２の切り替えユニットの前記第１の切り替え装置は、前記共通ポートに直接結合される第１の端子と、前記第２の切り替えユニットの第１のポートに結合される第２の端子とを備え、前記第２の切り替えユニットの前記第１の切り替え装置は、制御信号を受信するように構成される制御入力を備え、
前記第２の切り替えユニットの前記第２の切り替え装置は、前記共通ポートに直接結合される第１の端子と、前記第２の切り替えユニットの第２のポートに結合される第２の端子とを備え、前記第２の切り替えユニットの前記第２の切り替え装置は、制御信号を受信するように構成される制御入力を備える、単極多投スイッチ。
第１の切り替えユニットと、
共通ポートに結合され、オフ状態寄生静電容量を備える第２の切り替えユニットと、
前記第１の切り替えユニットと前記共通ポートとの間に結合される整合ユニットであって、前記第１の切り替えユニットがアクティブであり、前記第２の切り替えユニットが非アクティブである場合、前記第１の切り替えユニットと前記共通ポートとの間のπ整合回路網として、前記第２の切り替えユニットの前記オフ状態寄生静電容量と併せて、インピーダンス整合に寄与するように構成される、整合ユニットと
を備え、
前記整合ユニットは、前記第１の切り替えユニットが非アクティブであり、前記第２の切り替えユニットがアクティブである場合、前記共通ポートと基準電位供給との間のシャント整合回路網として、インピーダンス整合に寄与するように構成され、
前記単極多投スイッチは、少なくとも１つの低周波信号および少なくとも１つの高周波信号を切り替えるように構成され、前記整合ユニットは、前記第１の切り替えユニットにより切り替えられる場合の高周波信号に対して前記整合ユニットにより行われるインピーダンス整合のほうが、前記第２の切り替えユニットにより切り替えられる場合の高周波信号に対して前記整合ユニットにより行われるインピーダンス整合よりも良好なように構成され、
前記第１の切り替えユニットおよび前記第２の切り替えユニットのそれぞれは切り替え装置を備え、各切り替え装置は、前記整合ユニットに結合される第１の端子と、前記共通ポートに提供する信号を受信すること、または前記共通ポートから受信される信号を提供することのうちの少なくとも一方を実行するように構成される第２の端子と、制御入力とを備え、
各切り替え装置は、前記制御入力において受信される制御信号によりアクティブ化されるように構成される、単極多投スイッチ。
複数の送信ユニットと、
単極多投スイッチと
を備える、マルチバンド送信器であって、前記単極多投スイッチは、
第１の切り替えユニットと、
共通ポートに結合され、オフ状態寄生静電容量を備える第２の切り替えユニットと、
前記第１の切り替えユニットと前記共通ポートとの間に結合される整合ユニットであって、前記第１の切り替えユニットがアクティブであり、前記第２の切り替えユニットが非アクティブである場合、前記第２の切り替えユニットの前記オフ状態寄生静電容量と併せて、インピーダンス整合に寄与するように構成される、整合ユニットと
を備え、
前記第１の切り替えユニットに結合される前記複数の送信ユニットの各送信ユニットは、前記第２の切り替えユニットに結合された前記複数の送信ユニットのすべての送信ユニットにより提供される信号のすべての周波数よりも高い周波数の信号を提供するように構成され、
前記第１の切り替えユニットおよび前記第２の切り替えユニットのそれぞれは切り替え装置を備え、各切り替え装置は、前記整合ユニットに結合される第１の端子と、前記共通ポートに提供する信号を受信すること、または前記共通ポートから受信される信号を提供することのうちの少なくとも一方を実行するように構成される第２の端子と、制御入力とを備え、
各切り替え装置は、前記制御入力において受信される制御信号によりアクティブ化されるように構成される、マルチバンド送信器。
複数の受信ユニットと、
単極多投スイッチと
を備える、マルチバンド受信器であって、前記単極多投スイッチは、
第１の切り替えユニットと、
共通ポートに結合され、オフ状態寄生静電容量を備える第２の切り替えユニットと、
前記第１の切り替えユニットと前記共通ポートとの間に結合される整合ユニットであって、前記第１の切り替えユニットがアクティブであり、前記第２の切り替えユニットが非アクティブである場合、前記第２の切り替えユニットの前記オフ状態寄生静電容量と併せて、インピーダンス整合に寄与するように構成される、整合ユニットと
を備え、
前記第１の切り替えユニットに結合される前記複数の受信ユニットの各受信ユニットは、前記第２の切り替えユニットに結合された前記複数の受信ユニットのすべての受信ユニットにより受信される信号のすべての周波数よりも高い周波数の信号を受信するように構成され、
前記第１の切り替えユニットおよび前記第２の切り替えユニットのそれぞれは切り替え装置を備え、各切り替え装置は、前記整合ユニットに結合される第１の端子と、前記共通ポートに提供する信号を受信すること、または前記共通ポートから受信される信号を提供することのうちの少なくとも一方を実行するように構成される第２の端子と、制御入力とを備え、
各切り替え装置は、前記制御入力において受信される制御信号によりアクティブ化されるように構成される、マルチバンド受信器。
単極多投スイッチを使用する方法であって、前記単極多投スイッチは、第１の切り替えユニット、第２の切り替えユニット、および整合ユニットを備え、前記第２の切り替えユニットは共通ポートに結合され、オフ状態寄生静電容量を備え、前記整合ユニットは、前記第１の切り替えユニットと前記共通ポートとの間に結合され、前記第１の切り替えユニットおよび前記第２の切り替えユニットのそれぞれは切り替え装置を備え、各切り替え装置は、前記整合ユニットに結合される第１の端子と、前記共通ポートに提供する信号を受信すること、または前記共通ポートから受信される信号を提供することのうちの少なくとも一方を実行するように構成される第２の端子と、制御入力とを備え、各切り替え装置は、前記制御入力において受信される制御信号によりアクティブ化されるように構成され、前記第１の切り替えユニットがアクティブであり、前記第２の切り替えユニットが非アクティブである場合、前記第２の切り替えユニットの前記オフ状態寄生静電容量と併せて、インピーダンス整合に寄与するように構成され、前記方法は、
第１の周波数を有する信号を前記共通ポートにおいて受信または提供するために前記第１の切り替えユニットをアクティブ化すること、および
第２の周波数を有する信号を前記共通ポートにおいて受信または提供するために前記第２の切り替えユニットをアクティブ化すること
を含み、前記第１の周波数は前記第２の周波数よりも高い、方法。
第１の切り替え手段と、
共通ポートに結合され、オフ状態寄生静電容量を備える第２の切り替え手段と、
前記第１の切り替えユニットと前記共通ポートとの間に結合され、前記第１の切り替えユニットがアクティブであり、前記第２の切り替えユニットが非アクティブである場合、前記第２の切り替えユニットの前記オフ状態寄生静電容量と併せて、インピーダンス整合に寄与する、整合手段と
を備え、
前記第１の切り替え手段および前記第２の切り替え手段のそれぞれは切り替え装置を備え、各切り替え装置は、前記整合手段に結合される第１の端子と、前記共通ポートに提供する信号を受信すること、または前記共通ポートから受信される信号を提供することのうちの少なくとも一方を実行するように構成される第２の端子と、制御入力とを備え、
各切り替え装置は、前記制御入力において受信される制御信号によりアクティブ化されるように構成される、単極多投スイッチ。