專利名稱：開關的制作方法
技術領域：
本發明涉及開關。
背景技術：
作為用于轉換無線通信中使用的高頻信號的路徑的開關，例如，使用神化鎵基化合物半導體的高電子遷移率晶體管(HEMT)。然而，化合物半導體晶片的價格相對較高，并且目前尚未提供大孔徑的晶片，因此，價格上沒有優勢。此外，近年來，為了降低開關的價格，例如，已經研發了互補金屬氧化物半導體(CMOS)開關。由于襯底的電阻較低，所以普通的CMOS (體CM0S，bulk CMOS)可造成功率泄漏，并且其開關性能會劣化。因此，例如，在使用CMOS開關時，使用特殊エ藝(例如，藍寶石上硅(SOS)エ藝或絕緣體上硅結構(SOI)エ藝)來提高開關性能。然而，當使用諸如SOSエ藝、SOIエ藝等特殊エ藝時，會増加開關的制造成本。在這種情況下，已經研發出了與開關相關的技術，用于轉換高頻信號的路徑。例如，專利文獻I公開了與開關相關的技術，使用異質結雙極型晶體管(HBT)。例如，與由諸如高電子遷移率晶體管(HEMT)的場效應晶體管(FET)形成開關的情況相比，使用諸如異質結雙極型晶體管(HBT)的雙極型晶體管形成開關可降低開關成本，其中，使用常用エ藝，諸如SiGe CMOSエ藝，S卩，SiGe HBTエ藝和體互補金屬氧化物半導體(CMOS)エ藝的結合。在本文中，由于FET具有對稱結構(即，漏極和源極未固定的結構)，所以對于高頻信號的振幅，FET在正向和反向進行操作時具有相同的特性。然而，在雙極型晶體管中，正向和反向上的操作特性不同。因此，在使用雙極型晶體管的開關中，可能對于高頻信號的振幅產生失真。例如，根據專利文獻1，改善了 HBT的特性，從而可以降低對于高頻信號的振幅的失真。然而，在使用專利文獻I中所公開的技術時，必須使用特殊エ藝，因此，預計成本不會降低。[相關技術文獻](專利文獻I)日本專利公開第2006-279316號
發明內容
本發明的ー個方面提供了ー種新的改進的開關，其能夠執行切換，同時降低了對于高頻信號的振幅的失真。根據本發明的ー個方面，提供了一種開關，包括:輸入端子，高頻信號輸入到該輸入端子；第一切換單元，連接在輸入端子以及將輸入到輸入端子的高頻信號輸出的第一輸出端子之間，通過第一輸出端子將輸入到輸入端子的高頻信號選擇性地輸出；以及第ニ切換單元，連接在輸入端子以及將輸入到輸入端子的高頻信號輸出的第二輸出端子之間，并且通過第二輸出端子將輸入到輸入端子的高頻信號選擇性地輸出，其中，第一切換單元包括:第一阻抗變壓器，設置在輸入端子和第一輸出端子之間的第一信號線上，并且轉換阻杭；第一雙極型晶體管，具有接地的發射極、連接到第一信號線的集電極以及接收施加至此的根據第一控制電壓的電流的基極，第一控制電壓控制第一切換單元中的開關操作；以及第二雙極型晶體管，具有接地的集電極、連接到第一信號線的發射極以及接收施加至此的根據第一控制電壓的電流的基極，并且第二切換單元包括:第二阻抗變壓器，設置在輸入端子和第二輸出端子之間的第二信號線上，并且轉換阻抗；第三雙極型晶體管，具有接地的發射極、連接到第二信號線的集電極以及接收施加至此的根據第二控制電壓的電流的基板，第二控制電壓控制第二切換單元中的開關操作；以及第四雙極型晶體管，具有接地的集電極、連接到第二信號線的發射極以及接收施加至此的根據第二控制電壓的電流的基板。在開啟輸入端子和輸出端子之間的部分時，可降低輸入端子和輸出端子之間的插入損耗，并且在關閉輸入端子和輸出端子之間的部分時，可增大輸入端子和輸出端子之間的隔離。此外，可以降低第一切換單元和第二切換單元中每ー個的對于高頻信號振幅的失真。因此，開關可進行切換，同時減少對于高頻信號的振幅的失真。
結合附圖，通過以下具體實施方式
，更清晰地理解本發明的以上和其他方面、特征和其他優點，其中:圖1是根據本發明的第一實施方式的開關的示意性電路圖；圖2A是示出了在根據本發明的第一實施方式的開關中通過包含第四雙極型晶體管所獲得的效果的示圖；圖2B是示出了在根據本發明的第一實施方式的開關中通過包含第四雙極型晶體管所獲得的效果的示圖；圖3是根據本發明的第二實施方式的開關的示意性電路圖；圖4A是示出了在根據本發明的第二實施方式的開關中通過包含電容器所獲得的效果的示圖；以及圖4B是示出了在根據本發明的第二實施方式的開關中通過包含電容器所獲得的效果的示圖。
具體實施例方式現在參看附圖，詳細描述本發明的實施方式。同樣，在說明書和附圖中具有相同功能和結構的部件由相同的參考標號表示，并且省略對其的重復描述。在后文中，將經由一個輸入端和兩個輸出端開啟和關閉的單刀雙擲(STOT)開關描述為根據本發明的實施方式的開關。此外，盡管為了便于說明而描述了具有一個輸入端和兩個輸出端的SPDT開關，但任何ー個端子都可以是輸入端或輸出端。同樣，根據本發明的實施方式的開關不限于SPDT開關。例如，根據本發明的實施方式的開關可為經由一個輸入端和ー個輸出端而開啟或關閉的單刀單擲(SPST)開關或經由ー個輸入端和三個以上的輸出端開啟或關閉的開關。根據本發明的實施方式的開關可被實現為各種開關，包括后文將描述的至少ー個第一切換單元(或第二切換單元)。(第一實施方式)圖1是示出了根據本發明的第一實施方式的開關100的示意性電路圖。[I]開關100的配置下面將描述根據本發明的實施方式的開關100。開關100包括高頻信號輸入到其中的輸入端子CP、第一輸出端子Pl、第二輸出端子P2、連接在輸入端子CP和第一輸出端子Pl之間的第一切換單元102、以及連接在輸入端子CP和第二輸出端子P2之間的第二切換単元104。第一切換單元102通過第一輸出端子Pl將輸入到輸入端子CP的高頻信號選擇性輸出。同樣，第二切換單元104通過第二輸出端子P2將輸入到輸入端子CP的高頻信號選擇性輸出。根據本發明的實施方式的高頻信號的實例包括頻率信號(例如，30kHz到300GHz的頻率信號)，該頻率信號用于無線通信中，諸如長波信號、中波信號、短波信號、特高頻信號、超高頻信號、微波信號以及毫米波信號。同樣，根據本發明的實施方式的高頻信號不限于此。例如，根據本發明的實施方式的高頻信號可為低于30kHz的頻率信號或高于300GHz的頻率信號。在開關100中，第一切換單元102和第二切換單元104根據控制電壓VcO、Vcl和Vc2的電壓電平(高電平/低電平)而開啟或關閉。具體地說，例如，在控制電壓VcO的電壓電平被固定為高電平的情況下，當控制電壓Vcl (第一控制電壓)的電壓電平為低時第一切換單元102開啟，并且當控制電壓Vcl的電壓電平為高時第一切換單元也開啟。同樣，例如，在控制電壓VcO的電壓電平被固定為高電平的情況下，當控制電壓Vc2 (第二控制電壓)的電壓電平為低時，第二切換單元104開啟，并且當控制電壓Vc2的電壓電平為高時第二切換単元也開啟。第一切換單元102包括第一阻抗變壓器MSTL1、第一雙極型晶體管TRll以及第二雙極型晶體管TRl2。第一阻抗變壓器MSTLl設置在輸入端子CP和第一輸出端子Pl之間的第一信號線上，將高電阻轉換成低電阻，以及將低電阻轉換成高電阻。在本文中，第一阻抗變壓器MSTLl可為(例如)所使用頻率的1/4波長路徑。在第一雙極型晶體管TRll中，發射極接地，集電極連接到第一信號線，并且基極接收施加至其的根據控制電壓Vcl的電流。在本文中，第一雙極型晶體管TRll可為異質結雙極型晶體管(HBT)，使用常用エ藝，諸如SiGe BiCMOSエ藝，S卩，SiGe HBTエ藝和體互補金屬氧化物半導體(CMOS)エ藝的結合。同樣，根據本發明的實施方式的第一雙極型晶體管TRll不限于使用SiGe BiCMOSエ藝的HBT。在第二雙極型晶體管TR12中，集電極接地，發射極連接到第一信號線，并且基極接收施加至其的根據控制電壓Vcl的電流。在本文中，類似于第一雙極型晶體管TRll，第二雙極型晶體管TR12可為HBT，使用常用エ藝，諸如SiGe BiCMOSエ藝，S卩，SiGe HBTエ藝和體CMOSエ藝的結合。同樣，根據本發明的實施方式的第二雙極型晶體管TR12不限于使用SiGe BiCMOS エ藝的 HBT。第二切換單元104包括第二阻抗變壓器MSTL2、第三雙極型晶體管TR21以及第四雙極型晶體管TR22。第二阻抗變壓器MSTL2設置在輸入端子CP和第二輸出端子P2之間的第二信號線上，將高電阻轉換成低電阻，以及將低電阻轉換成高電阻。在本文中，類似于第一阻抗變壓器MSTLl，第二阻抗變壓器MSTL2可為(例如)所使用頻率的1/4波長路徑。在第三雙極型晶體管TR21中，發射極接地，集電極連接到第二信號線，并且基極接收施加至其的根據控制電壓Vc2的電流。在本文中，第三雙極型晶體管TR21可為HBT，使用常用エ藝，例如SiGe BiCMOSエ藝，S卩，SiGe HBTエ藝和體CMOSエ藝的結合。同樣，根據本發明的實施方式的第三雙極型晶體管TR21不限于使用SiGe BiCMOSエ藝的HBT。在第四雙極型晶體管TR22中，集電極接地，發射極連接到第二信號線，并且基極接收施加至其的根據控制電壓Vc2的電流。在本文中，類似于第三雙極型晶體管TR21，第四雙極型晶體管TR22可為HBT，使用常用エ藝，例如SiGe BiCMOSエ藝，SiGe HBTエ藝和體CMOSエ藝的結合。同樣，根據本發明的實施方式的第四雙極型晶體管TR22不限于使用SiGe BiCMOS エ藝的 HBT。[2]開關100的開關操作的實例接下來，描述根據本發明的實施方式的開關100的開關操作。在本文中，假設輸入端子CP和第一輸出端子Pl之間的部分處于導通狀態，輸入端子CP和第二輸出端子P2之間的部分處于截止狀態(即，第一切換單元102開啟，第二切換單元104關閉)。換言之，在后文中描述了ー個實例，其中，控制電壓VcO的電壓電平為高、控制電壓Vcl的電壓電平為低、以及控制電壓Vc2的電壓電平為高。同時，如上所述，在控制電壓Vcl的電壓電平設置為高以及控制電壓Vc2的電壓電平設置為低的情況下，第一切換單元102關閉，并且第二切換單元104開啟。在控制電壓Vcl的電壓電平為低的情況下，第一雙極型晶體管TRll和第二雙極型晶體管TR12截止，從而降低輸入端子CP和第一輸出端子Pl之間的插入損耗。同時，在控制電壓Vc2的電壓電平為低的情況下，第三雙極型晶體管TR21和第四雙極型晶體管TR22導通，并且在圖1的點B處，阻抗通過地面短路。因此，増大輸入端子CP和第二輸出端子P2之間的隔離性。同樣，在開關100內，由于包含在處于關閉狀態的第二切換單元104中的第二阻抗變壓器MSTL2進行操作，所以圖1的點A，S卩，第一切換單元102和第二切換單元104之間的連接點處于開狀態。因此，可將第二切換單元104對輸入端子CP與第一輸出端子Pl之間的插入損耗的影響最小化。例如，如上所述，開關100通過降低處于開啟狀態的第一切換單元102的插入損耗并且增大處于關閉狀態的第二切換單元104的隔離從而進行切換。如上所述，處于關閉狀態的第二切換單元104允許圖1的點B處的阻抗通過地面短路，從而增大輸入端子CP和第二輸出端子P2之間的隔離。在后文中，具體描述第二切換単元104中的第三雙極型晶體管TR21和第四雙極型晶體管TR22的功能。在圖1的點B處，高頻信號的正振幅的電流可以通過使用第三雙極型晶體管TR21而流動，從而發生短路。另ー方面，高頻信號的負振幅的電流不在第三雙極型晶體管TR21的發射極至集電極的方向上流動，從而不會短路。同樣，第二切換單元104的第四雙極型晶體管TR22的發射極和集電極之間的連接與第三雙極型晶體管TR21相反。因此，高頻信號的負振幅的電流可通過使用第二切換單元104中的第四雙極型晶體管TR22而流動，從而保持短路狀態。圖2A和圖2B是用于說明根據本發明的第一實施方式包括第四雙極型晶體管TR22的效果的示圖。圖2A示出了在具有和沒有第四雙極型晶體管TR22的相應情況下，在輸入端子CP和第一輸出端子Pl之間的插入損耗與高頻信號功率輸入之間的關系。同樣，圖2B是示出了在具有和沒有第四雙極型晶體管TR22的相應情況下，在輸入端子CP和第一輸出端子Pl之間的互調失真(頂D)與高頻信號功率輸入之間關系的示圖。在本文中，圖2A和圖2B的曲線A表示包括第四雙極型晶體管TR22的情況，圖2A和圖2B的曲線B表示不包括第四雙極型晶體管TR22的情況。如圖2A中所示，由于包括了第四雙極型晶體管TR22，因此與不包括第四雙極型晶體管TR22的情況相比，可以降低第一切換單元102中的輸入端子CP和第一輸出端子Pl之間的插入損耗。同樣，如圖2B中所示，由于包括了第四雙極型晶體管TR22，因此與不包括第四雙極型晶體管TR22的情況相比，可以降低第一切換單元102中的MD。同樣，雖然本文主要描述如圖1中所示的第二切換單元104，但是第一切換單元102的配置與第二切換單元104的配置相同。換言之，在第一切換單元102關閉的情況下，第一雙極型晶體管TRll執行與第三雙極型晶體管TR21相同的功能，并且同樣地，第二雙極型晶體管TR12執行與第四雙極型晶體管TR22相同的功能。因此，根據本發明的如圖1中所示配置的實施方式的開關100可進行切換，同時降低對于高頻信號的振幅的失真。同樣，如圖1中所示配置的開關100即使在高頻信號為大功率信號的情況下也可降低失真。此外，開關100可實現降低失真并且使用HBT進行切換，使用常用エ藝，例如SiGeBiCMOSエ藝，S卩，SiGe HBTエ藝和體CMOSエ藝的結合，作為第一雙極型晶體管TR11、第二雙極型晶體管TR12、第三雙極型晶體管TR21和第四雙極型晶體管TR22。S卩，開關100中不需要使用特殊エ藝。因此，根據本發明的第一實施方式的開關100可實現制造成本降低。(第二實施方式)根據本發明的實施方式的開關配置不限于圖1。圖3為根據本發明的另ー實施方式的開關200的示意圖。開關200包括高頻信號輸入到其中的輸入端子CP、第一輸出端子P1、第二輸出端子P2、連接在輸入端子CP和第一輸出端子Pl之間的第一切換單元202、以及連接在輸入端子CP和第二輸出端子P2之間的第二切換單元204。類似于圖1中所示的第一切換單元102，第一切換單元202通過第一輸出端子Pl將輸入到輸入端子CP的高頻信號選擇性輸出。同樣，類似于圖1中所示的第二切換單元104，第二切換單元204通過第二輸出端子P2將輸入到輸入端子CP的高頻信號選擇性輸出。本文中，在將第一切換單元202與圖1中所示的第一切換單元102比較時，除了包括一端連接到第二雙極型晶體管TR12的基極而另一端接地的電容器Cl以外，第一切換單元202基本上具有與圖1中所示的第一切換單元102相同的配置。同樣，在將第二切換單元204和圖1中所示的第二切換單元104比較時，除了包括一端連接到第四雙極型晶體管TR22的基極而另一端接地的電容器C2以外，第二切換單元204基本上具有與圖1中所示的第二切換單元104相同的配置。電容器Cl降低了在第一切換單元202處于打開狀態時(S卩，第一雙極型晶體管TRll和第二雙極型晶體管TR12截止時)的輸入端子CP和第一輸出端子Pl之間的插入損耗以及失真増加的可能性。同樣，電容器C2降低了在第二切換單元204處于打開狀態時(SP，第三雙極型晶體管TR21和第四雙極型晶體管TR22截止時)的輸入端子CP和第二輸出端子P2之間的插入損耗以及失真增加的可能性。具體而言,例如,在輸入端子CP和第一輸出端子Pl之間的部分處于開狀態時，需要第二雙極型晶體管TR12保持關狀態。然而，例如，當從輸入端子CP輸入的高頻信號為大功率信號吋，高頻振幅可鏈接到第二雙極型晶體管TR12的基板，結果，第二雙極型晶體管TRl2不能保持關狀態。開關200包括一端連接到第二雙極型晶體管TR12的基極而另一端接地的電容器Cl，從而穩定了第二雙極型晶體管TR12的基極相對于高頻振幅的電位，進而防止第二雙極型晶體管TR12不能保持關狀態。在本文中，例如，電容器Cl的電容量可為在高頻中導致短路的電容量。具體而言，例如，電容器Cl的電容量可為對于頻率IGHz而具有大約2pF的電容量。同樣，根據本發明的實施方式的電容器Cl的電容量不限于此。圖4A和圖4B是用于說明根據本發明的第二實施方式的包括電容器Cl的效果的示圖。圖4A示出了在具有和沒有電容器Cl的相應情況下，在輸入端子CP和第一輸出端子Pl間的插入損耗與高頻信號功率輸入之間的關系。同樣，圖4B示出了在具有和沒有電容器Cl的相應情況下，在輸入端子CP和第一輸出端子Pl間的IMD與高頻信號功率輸入之間的關系。在本文中，圖4A和圖4B的曲線A表示包括電容器Cl的情況，圖4A和圖4B的曲線B表不不包括電容器Cl的情況。如圖4A中所示，通過包括電容器Cl，因此與不包括電容器Cl的情況相比，可降低第一切換單元202中的輸入端子CP和第一輸出端子Pl之間的插入損耗。同樣，如圖4B中所示，通過包括電容器Cl，因此與不包括電容器Cl的情況相比，可降低第一切換單元202中的 IMD0而且，雖然本文主要描述如圖3中所示的第一切換單元202，但是第二切換單元204的配置與第一切換單元202的配置相同。換言之，當開啟第二切換單元204吋，電容器C2執行與電容器Cl相同的功能。因此，根據本發明的第二實施方式如圖3所示進行配置的開關200可進行切換，同時降低對于電平高于根據圖1中所示的第一實施方式的開關100的電平的高頻信號的振幅失真。同樣，如圖3中所示而配置的開關200即使在高頻信號為大功率信號時，也可降低失真。此外，類似于圖1中所示的根據第一實施方式的開關100，開關200可實現失真降低，并且使用HBT進行切換，使用常用エ藝，例如SiGeBiCMOSエ藝，即，SiGeHBTエ藝和體CMOSエ藝的結合，作為第一雙極型晶體管TR11、第二雙極型晶體管TR12、第三雙極型晶體管TR21和第四雙極型晶體管TR22。S卩，類似于圖1中所示的開關100，不需要在開關200中使用特殊エ藝。因此，類似于根據圖1的實施方式的開關100，根據本發明的當前實施方式的開關200可實現制造成本降低。
同樣，根據本發明的第二實施方式的開關200的配置不限于圖3中所示。例如，盡管圖3中的第一切換單元202和第二切換單元204分別包括電容器Cl和電容器C2，第一切換單元202或第二切換單元204中的任ー個可包括電容器。即使按照這種配置，根據該變形例的開關200也可展現等于或大于根據圖1的實施方式的開關100的效果。例如，根據本發明的實施方式的開關可形成為等效于圖1中所示的開關100或圖3中所示的開關200 (包括根據變形例的開關)等的電路。如上所述，根據本發明的實施方式，開關可進行切換，同時降低相對于高頻信號的振幅的失真。雖然已經結合示例性實施方式示出和描述了本發明，但對于本領域的技術人員來說顯而易見的是，在不背離所附權利要求書所限定的本發明的精神和范圍的情況下，可進行修改和變化。
權利要求
1.一種開關，包括: 輸入端子，高頻信號輸入至所述輸入端子； 第一切換單元，連接在所述輸入端子以及將輸入至所述輸入端子的所述高頻信號輸出的第一輸出端子之間，并且通過所述第一輸出端子將輸入至所述輸入端子的所述高頻信號選擇性輸出；以及 第二切換單元，連接在所述輸入端子以及將輸入至所述輸入端子的所述高頻信號輸出的第二輸出端子之間，并且通過所述第二輸出端子將輸入至所述輸入端子的所述高頻信號選擇性輸出， 其中，所述第一切換單元包括: 第一阻抗變壓器，設置在所述輸入端子和所述第一輸出端子之間的第一信號線上，并且轉換阻抗； 第一雙極型晶體管，具有接地的發射極、連接到所述第一信號線的集電極以及接收施加至其的根據第一控制電壓的電流的基極，所述第一控制電壓控制所述第一切換單元中的開關操作；以及 第二雙極型晶體管，具有接地的集電極、連接到所述第一信號線的發射極以及接收施加至其的根據第一控制電壓的電流的基極，并且 第二切換單元包括: 第二阻抗變壓器，設置在所述輸入端子和所述第二輸出端子之間的第二信號線上，并且轉換阻抗； 第三雙極型晶體管，具有接地的發射極、連接到所述第二信號線的集電極以及接收施加至其的根據第二控制電壓的電流的基極，所述第二控制電壓控制所述第二切換單元中的開關操作；以及 第四雙極型晶體管，具有接地的集電極、連接到所述第二信號線的發射極以及接收施加至其的根據所述第二控制電壓的電流的基板。
2.根據權利要求1所述的開關，其中，所述第一切換單元進ー步包括電容器，所述電容器的一端連接到所述第二雙極型晶體管的基極，另一端接地。
3.根據權利要求1或2所述的開關，其中，所述第二切換單元進ー步包括電容器，所述電容器的一端連接到所述第四雙極型晶體管的基極，另一端接地。
全文摘要
本發明公開了一種開關，其能夠進行切換，同時降低相對于高頻信號的振幅的失真。該開關包括輸入端子，高頻信號輸入到該輸入端子；第一切換單元，連接在輸入端子和第一輸出端子之間，并且通過第一輸出端子選擇性地輸出高頻信號；以及第二切換單元，連接在輸入端子和第二輸出端子之間，并且通過第二輸出端子選擇性地輸出高頻信號。每個切換單元包括阻抗變壓器，設置在信號線上；雙極型晶體管，具有接地的發射極、連接到信號線的集電極以及接收施加至其的根據控制電壓的電流的基極；以及雙極型晶體管，具有接地的集電極、連接到信號線的發射極以及接收根據控制電壓的電流的基極。
文檔編號H03K17/567GK103095269SQ20121036075
公開日2013年5月8日 申請日期2012年9月21日 優先權日2011年11月1日
發明者丹治康紀, 乙部英一郎 申請人:三星電機株式會社