專利名稱：開關電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及主要用于高頻帶無線通信設備、高頻帶雷達設備等的開關電路。
背景技術：
在傳輸微波段、毫米波段等的高頻波段的信號的系統中會使用開關電路。圖17、圖18及圖19是不出使用開關電路的系統的圖。在圖17中信號的發送與接收的切換上使用開關SW。在圖18中來自2個天線ANT的信號的切換上使用開關SW。在圖19中，使用循環器CIR的系統中從發送器SI發送較高功率的信號時，為了防止信號從天線ANT反射而輸入到接收器J1，使用開關SW。由此，能夠保護包含低噪聲放大器的接收器Jl。在這些系統中，會使用將開關元件串并聯使用的開關電路(例如，參照專利文獻2的圖11)。專利文獻
專利文獻1:日本特許第3711193號公報；
專利文獻2:日本特許第4538016號公報。當開關SW的承受功率較低時會出現以下這樣的問題。即，圖17中從發送器SI向開關SW的端子P3輸入較高功率時，發送信號經由開關SW的截止側的端子P1、P2，輸入到接收器J1。因此，發送功率下降，且開關SW對接收器Jl的保護功能下降。同樣，在圖18中開關SW進行的信號切換精度下降，在圖19中接收器Jl的保護功能下降。此外，有可能會降低各系統中開關SW的功能本身。還有將各開關元件 多級連接，控制該元件間的電位，從而提高承受功率的開關的方案(例如，參照專利文獻2)。但是，存在電路規模變大，電路結構復雜的問題。
發明內容
本發明為了解決上述問題而構思，其目的在于得到能以簡單的電路結構提高截止側的承受功率的開關電路。本發明的開關電路的特征在于包括 第1、第2及第3輸入輸出端子；在所述第I輸入輸出端子與所述第2輸入輸出端子之間連接的第I開關元件；在所述第3輸入輸出端子與接地點之間連接的第2開關元件；在所述第I輸入輸出端子與所述第3輸入輸出端子之間連接的第3開關元件；在所述第2輸入輸出端子與接地點之間連接的第4開關元件；與所述第I及第2開關元件的控制端子連接的第I控制電壓施加端子；與所述第3及第4開關元件的控制端子連接的第2控制電壓施加端子；在所述第I及第2開關元件的所述控制端子與所述第I控制電壓施加端子之間分別連接的第I及第2電阻；以及第I及第2 二極管，其與所述第I及第2電阻分別并聯連接，負極與所述第I控制電壓施加端子連接。(發明效果)
通過本發明，能通過簡單的電路結構提高截止側的承受功率。
圖1是示出本發明的實施方式I的開關電路的 圖2是示出比較例的開關電路的 圖3是示出當功率較大的信號輸入時的比較例的開關電路的動作的 圖4是示出當功率較大的信號輸入時的本發明實施方式I的開關電路的動作的 圖5是示出對于實施方式I和比較例的開關電路計算承受功率的結果的 圖6是示出本發明實施方式I的開關電路的變形例的 圖7是示出本發明實施方式2的開關電路的 圖8是示出本發明實施方式2的開關電路的變形例的 圖9是示出本發明實施方式3的開關電路的 圖10是示出本發明實施方式4的開關電路的 圖11是示出本發明實施方式5的開關電路的 圖12是示出本發明實施方式6的開關電路的 圖13是示出本發明實施方式7的開關電路的 圖14是示出本發明實施方式8的開關電路的 圖15是示出本發明實施方式9的開關電路的 圖16是示出本發明實施方式10的開關電路的 圖17是示出使用開關電路的系統的 圖18是不出使用開關電路的系統的 圖19是示出使用開關電路的系統的圖。
具體實施例方式參照附圖，對本發明的實施方式所涉及的開關電路進行說明。對于相同或對應的構成要素標注相同的符號，有時還省略重復的說明。實施方式I
圖1是示出本發明的實施方式I的開關電路的圖。晶體管T1、T2、T3、T4是用作為開關元件的場效應晶體管。控制電壓施加端子V1、V2是施加用于切換開關的控制電壓的端子。電阻Rla、Rib、R2a、R2b、R3a、R4a是與各晶體管的柵極連接的數k Ω以上的隔離電阻。晶體管Tl在輸入輸出端子Pl與輸入輸出端子P2之間連接。晶體管T2在輸入輸出端子P3與接地點之間連接。晶體管T3在輸入輸出端子Pl與輸入輸出端子P3之間連接。晶體管T4在輸入輸出端子P2與接地點之間連接。控制電壓施加端子Vl與晶體管Tl、T2的柵極連接。控制電壓施加端子V2與晶體管T3、T4的柵極連接。電阻Rla、Rlb被串聯連接在晶體管Tl的柵極與控制電壓施加端子Vl之間。電阻R2a、R2b被串聯連接在晶體管T2的柵極與控制電壓施加端子Vl之間。電阻R3a連接在晶體管T3的柵極與控制電壓施加端子V2之間，電阻R4a連接在晶體管T4的柵極與控制電壓施加端子V2之間。二極管Dl、D2與電阻Rib、R2b分別并聯連接，二極管Dl、D2的負極與控制電壓施加端子Vl連接。接著說明開關電路的動作。將開關電路用于圖17的系統的情況下，輸入輸出端子Pl與天線ANT連接，輸入輸出端子P2與接收器Jl連接，輸入輸出端子P3與發送器SI連接。發送時對控制電壓施加端子V2施加0V、對控制電壓施加端子Vl施加晶體管的夾斷電壓Vp以下的截止電壓Vc，使晶體管T3、T4導通，使晶體管Tl、T2截止，使信號從輸入輸出端子P3通過輸入輸出端子Pl。將開關電路用于圖18的系統的情況下，輸入輸出端子Pl與接收器Jl連接，輸入輸出端子P2、P3與天線ANT連接。通過施加到控制電壓施加端子V1、V2的電壓，使晶體管T1、T2、T3、T4導通、截止，由此切換來自天線ANT的信號。將開關電路用于圖19的系統的情況下，輸入輸出端子Pl與循環器CIR連接，輸入輸出端子Ρ2與接收器Jl連接，輸入輸出端子Ρ3與發送器SI連接。在發送時，對控制電壓施加端子V2施加0V、對控制電壓施加端子Vl施加截止電壓Vc,從而使信號從輸入輸出端子Pl通過輸入輸出端子Ρ3，保護接收器Jl。接著與比較例進行比較而說明本實施方式的效果。圖2是示出比較例的開關電路的圖。沒有實施方式I的電阻Rlb、R2b及二極管D1、D2。比較例的開關電路的承受功率Pmax由下式所示:
Pmax = 2* (Vc-Vp) 2/rLo (I)。在此，特征阻抗Zo通常為50 Ω。在此，輸入到開關電路的信號的功率較小時，柵極電流Ig幾乎不能在截止狀態的晶體管Tl、T2中流動，而與施加在控制電壓施加端子Vl的截止電壓Vc大致相等的電壓施加到晶體管Tl、T2的柵極。圖3是示出功率較大的信號輸入時的比較例的開關電路的動作的圖。當輸入到開關電路的信號的功率較大時，截止狀態的晶體管Tl、T2的柵極電流Ig增大，在柵極部的電阻Rla、R2a中流動，因此施加在晶體管Tl、T2的柵極的控制電壓Vc’發生變動。控制電壓Vc’由下式所示。Vc，= Vc — R*Ig (2)
在此R為電阻Rla、R2a的電阻值。由于該控制電壓Vc’的變動，開關電路的承受功率會下降。圖4是示出在輸入了功率較大的信號時的本發明實施方式I的開關電路的動作的圖。A點的電壓與控制電壓Vc相等。因柵極電流Ig的增加而在電阻Rlb的兩端(A點和C點之間)發生電壓降。若該電壓超過二極管Dl的正向電壓，則柵極電流Ig會流過二極管D1，因此不會產生這以上的電壓降。故，晶體管Tl的控制電壓(點B的電壓)由下式所示。Vc + (Rla + Rib) *Ig > Vc + Rla*Ig +(3)
在此，是二極管Dl的正向電壓。以滿足上式(3)的方式選擇電阻Rlb的電阻值時，能夠減小晶體管Tl的控制電壓的變動。因而，能以簡單的電路結構提高截止側的承受功率。圖5是示出關于實施方式I和比較例的開關電路計算承受功率的結果的圖。作為晶體管采用形成在SiC襯底上的GaN晶體管，設Rla = 0.5kΩ ；Rlb = 1.5kΩ =
0.8V ；Vc = 一 30V ；Vp = 一 2V。比較例的承受功率為43dBm，而本實施方式的承受功率提高至 44.5dBm。 圖6是示出本發明實施方式I的開關電路的變形例的圖。取代二極管Dl而使用串聯連接的二極管Dla、Dlb，取代二極管D2而使用串聯連接的二極管D2a、D2b。這樣通過將二極管連成2級，二極管的正向電壓成為2倍，能夠進行與系統對應的承受功率值的調整。此外，將二極管連成3級以上也可。實施方式2
圖7是示出本發明的實施方式2的開關電路的圖。除實施方式I的結構外，還有電阻R3b、R4b分別連接在晶體管T3、T4的柵極和控制電壓施加端子V2之間。二極管D3、D4與電阻R3b、R4b分別并聯連接，二極管D3、D4的負極與控制電壓施加端子V2連接。在本實施方式中，在開關兩方的通路的晶體管的柵極電阻的一部分并聯配置二極管。將該開關電路用于圖18的系統的情況下，提高對于接收時的來自多個天線的高功率信號的承受功率性。結果，能夠防止開關電路造成的信號切換精度的下降。圖8是示出本發明實施方式2的開關電路的變形例的圖。取代二極管D3而使用串聯連接的二極管D3a、D3b，取代二極管D4而使用串聯連接的二極管D4a、D4b。如此通過將二極管連成2級，使二極管的正向電壓成為2倍，能夠進行與系統對應的承受功率值的調整。此外，將二極管連成3級以上也可。實施方式3
圖9是示出本發明的實施方式3的開關電路的圖。除實施方式I的結構外，還有扼流電感器L1、L2與電阻Rib、R2b分別并聯連接，且與二極管Dl、D2分別串聯連接。在此，柵極電流會在二極管Dl、D2中流過，從而并聯連接的電阻Rib、R2b短路。扼流電感器L1、L2防止此時的阻抗下降，因此能夠保持隔離功能。實施方式4
圖10是示出本發明的實施方式4的開關電路的圖。除實施方式2的結構外，還有扼流電感器L1、L2、L3、L4與電阻Rl、R2、R3、R4分別并聯連接，且與二極管Dl、D2、D3、D4分別串聯連接。由此，能夠得到實施方式2、3的效果。實施方式5
圖11是示出本發明的實施方式5的開關電路的圖。具有通過開關電路的信號的1/4波長的長度的傳輸線路TL1、TL2，在二極管Dl、D2與接地點之間分別串聯連接。電容Cl、C2與傳輸線路TL1、TL2分別串聯連接。即，在本實施方式中，以發送信號的1/4波長的傳輸線路和電容置換實施方式3的電感器。由此，謀求電路的小型化。實施方式6
圖12是示出本發明的實施方式6的開關電路的圖。具有通過開關電路的信號的1/4波長的長度的傳輸線路TL1、TL2、TL3、TL4，在二極管Dl、D2、D3、D4與接地點之間分別串聯連接。電容(:1、02乂3、(:4與傳輸線路111、112、113、114分別串聯連接。即，在本實施方式中，以發送信號的1/4波長的傳輸線路和電容置換實施方式4的電感器。由此，謀求電路的小型化。實施方式7
圖13是示出本發明的實施方式7的開關電路的圖。取代實施方式I的電阻Rib、R2b及二極管D1、D2而設有電阻R12及二極管D12。電阻R12連接在晶體管T1、T2的柵極的連接點與控制電壓施加端子Vl之間。二極管D12與電阻R12并聯連接，二極管D12的負極與控制電壓施加端子Vl連接。由此，在柵極電阻的一部分上流動的高輸入功率時的柵極電流成為2倍(共同連接的晶體管的數)，因此能夠進一步抑制控制電壓相對于高輸入功率的變動。實施方式8
圖14是示出本發明的實施方式8的開關電路的圖。除實施方式7的結構外，還設有電阻R34及二極管D34。電阻R34連接在晶體管T3、T4的柵極的連接點與控制電壓施加端子V2之間。二極管D34與電阻R34并聯連接，二極管D34的負極與控制電壓施加端子V2連接。在本實施方式中，在開關兩方的通路的晶體管的柵極電阻的一部分上并聯配置二極管。將該開關電路用于圖18的系統的情況下，提高接收時的相對于來自多個天線的高功率信號的承受功率性。結果，能夠防止開關電路造成的信號切換精度的下降。此外，還能得到實施方式7的效果。實施方式9
圖15是示出本發明的實施方式9的開關電路的圖。除實施方式7的結構外，還有扼流電感器L12與電阻R12并聯連接，且與二極管D12串聯連接。由于扼流電感器L12防止電阻R12短路時的阻抗的下降，能夠保持隔離功能。實施方式10
圖16是示出本發明的實施方式10的開關電路的圖。除實施方式8的結構外，還有扼流電感器L12、L34與電阻R12、R34分別并聯連接，且與二極管D12、D34分別串聯連接。由于扼流電感器L12、L34防止電阻R12、R34短路時的阻抗的下降，能夠保持隔離功能。在上述的實施方式I 10中，晶體管能夠形成在GaAs襯底、Si襯底、SiC上GaN襯底或Si上GaN襯底等的半絕緣襯底上。此外，實施方式I 10的開關電路并不僅為晶體管，也可為在半絕緣襯底上形成匹配電路、柵極電阻、二極管、扼流電感器、傳輸線路、MIM電容的單片微波集成電路(麗1C)。由此能夠進一步小型、集成化。此外，實施方式I 10的開關電路能夠適用于收發模塊。符號說明:
Cl電容(第I電容);C2電容(第2電容);C3電容(第3電容);C4電容(第4電容);D1、D12 二極管(第I 二極管)；D2、D34 二極管(第2 二極管)；D3 二極管(第3 二極管)；D4 二極管(第4 二極管)；L1、L12扼流電感器(第I電感器)；L2、L34扼流電感器(第2電感器)；L3扼流電感器(第3電感器)；L4扼流電感器(第4電感器)；P1輸入輸出端子(第I輸入輸出端子);P2輸入輸出端子(第2輸入輸出端子);P3輸入輸出端子(第3輸入輸出端子)；Rlb、R12電阻(第I電阻);R2b、R34電阻(第2電阻);R3b電阻(第3電阻);R4b電阻(第4電阻);T1晶體管(第I開關元件)；T2晶體管(第2開關元件)；Τ3晶體管(第3開關元件)；Τ4晶體管(第4開關元件)；TL1傳輸線路(第I傳輸線路)；TL2傳輸線路(第2傳輸線路)；TL3傳輸線路(第3傳輸線路);TL4傳輸線路(第4傳輸線路);V1控制電壓施加端子(第I控制電壓施加端子)；V2控制電壓施加端子(第2控制電壓施加端子)。
權利要求
1.一種開關電路，其特征在于，包括: 第1、第2及第3輸入輸出端子； 在所述第I輸入輸出端子與所述第2輸入輸出端子之間連接的第I開關元件； 在所述第3輸入輸出端子與接地點之間連接的第2開關元件； 在所述第I輸入輸出端子與所述第3輸入輸出端子之間連接的第3開關元件； 在所述第2輸入輸出端子與接地點之間連接的第4開關元件； 與所述第I及第2開關元件的控制端子連接的第I控制電壓施加端子； 與所述第3及第4開關元件的控制端子連接的第2控制電壓施加端子； 在所述第I及第2開關元件的所述控制端子與所述第I控制電壓施加端子之間分別連接的第I及第2電阻；以及 第I及第2 二極管，其與所述第I及第2電阻分別并聯連接，負極與所述第I控制電壓施加端子連接。
2.根據權利要求1所述的開關電路，其特征在于，還包括: 在所述第3及第4開關元件的所述控制端子與所述第2控制電壓施加端子之間分別連接的第3及第4電阻；以及 第3及第4 二極管，其與所述第3及第4電阻分別并聯連接，負極與所述第2控制電壓施加端子連接。
3.根據權利要求1所述的開關電路，其特征在于，還包括: 第I及第2電感器，其與所述第I及第2電阻分別并聯連接，且與所述第I及第2 二極管分別串聯連接。
4.根據權利要求2所述的開關電路，其特征在于，還包括: 所述第1、第2、第3及第4電感器，其與所述第1、第2、第3及第4電阻分別并聯連接，且與所述第1、第2、第3及第4 二極管分別串聯連接。
5.根據權利要求1所述的開關電路，其特征在于，還包括: 第I及第2傳輸線路，在所述第I及第2 二極管與接地點之間分別串聯連接，具有通過所述開關電路的信號的1/4波長的長度；以及 第I及第2電容，其與所述第I及第2傳輸線路分別串聯連接。
6.根據權利要求2所述的開關電路，其特征在于，還包括: 第1、第2、第3及第4傳輸線路，其在所述第1、第2、第3及第4 二極管與接地點之間分別串聯連接，且具有通過所述開關電路的信號的1/4波長的長度；以及 第1、第2、第3及第4電容，其與所述第1、第2、第3及第4傳輸線路分別串聯連接。
7.一種開關電路，其特征在于，包括: 第1、第2及第3輸入輸出端子； 在所述第I輸入輸出端子與所述第2輸入輸出端子之間連接的第I開關元件； 在所述第3輸入輸出端子與接地點之間連接的第2開關元件； 在所述第I輸入輸出端子與所述第3輸入輸出端子之間連接的第3開關元件； 在所述第2輸入輸出端子與接地點之間連接的第4開關元件； 與所述第I及第2開關元件的控制端子連接的第I控制電壓施加端子； 與所述第3及第4開關元件的控制端子連接的第2控制電壓施加端子；在所述第I及第2開關元件的所述控制端子的連接點與所述第I控制電壓施加端子之間連接的第I電阻；以及 第I 二極管，其與所述第I電阻并聯連接，負極與所述第I控制電壓施加端子連接。
8.根據權利要求7所述的開關電路，其特征在于，還包括: 在所述第3及第4開關元件的所述控制端子的連接點與所述第2控制電壓施加端子之間連接的第2電阻；以及 第2 二極管，其與所述第2電阻并聯連接，負極與所述第2控制電壓施加端子連接。
9.根據權利要求7所述的開關電路，其特征在于，還包括: 電感器，其與所述第I電阻并聯連接，且與所述第I 二極管串聯連接。
10.根據權利要求8所述的開關電路，其特征在于，還包括: 第I及第2電感器，其與 所述第I及第2電阻分別并聯連接，且與所述第I及第2 二極管分別串聯連接。
全文摘要
本發明得到能以簡單的電路結構提高截止側的承受功率的開關電路。晶體管(T1)在輸入輸出端子(P1)與輸入輸出端子(P2)之間連接。晶體管(T2)在輸入輸出端子(P3)與接地點之間連接。晶體管(T3)在輸入輸出端子(P1)與輸入輸出端子(P3)之間連接。晶體管(T4)在輸入輸出端子(P2)與接地點之間連接。控制電壓施加端子(V1)與開關元件(T1、T2)的柵極連接。控制電壓施加端子(V2)與開關元件(T3、T4)的柵極連接。電阻(R1b、R2b)分別在開關元件(T1、T2)的柵極與控制電壓施加端子(V1)之間連接。二極管(D1、D2)與電阻(R1b、R2b)分別并聯連接，且二極管(D1、D2)的負極與控制電壓施加端子(V1)連接。
文檔編號H03K17/687GK103187956SQ20121057715
公開日2013年7月3日 申請日期2012年12月27日 優先權日2011年12月28日
發明者塚原良洋 申請人:三菱電機株式會社