專利名稱：開關(guān)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及主要用于高頻帶無線通信設(shè)備、高頻帶雷達(dá)設(shè)備等的開關(guān)電路。
背景技術(shù)：
在傳輸微波段、毫米波段等的高頻波段的信號的系統(tǒng)中會使用開關(guān)電路。圖17、圖18及圖19是不出使用開關(guān)電路的系統(tǒng)的圖。在圖17中信號的發(fā)送與接收的切換上使用開關(guān)SW。在圖18中來自2個天線ANT的信號的切換上使用開關(guān)SW。在圖19中，使用循環(huán)器CIR的系統(tǒng)中從發(fā)送器SI發(fā)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(guān)SW。由此，能夠保護(hù)包含低噪聲放大器的接收器Jl。在這些系統(tǒng)中，會使用將開關(guān)元件串并聯(lián)使用的開關(guān)電路(例如，參照專利文獻(xiàn)2的圖11)。專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)1:日本特許第3711193號公報；
專利文獻(xiàn)2:日本特許第4538016號公報。當(dāng)開關(guān)SW的承受功率較低時會出現(xiàn)以下這樣的問題。即，圖17中從發(fā)送器SI向開關(guān)SW的端子P3輸入較高功率時，發(fā)送信號經(jīng)由開關(guān)SW的截止側(cè)的端子P1、P2，輸入到接收器J1。因此，發(fā)送功率下降，且開關(guān)SW對接收器Jl的保護(hù)功能下降。同樣，在圖18中開關(guān)SW進(jìn)行的信號切換精度下降，在圖19中接收器Jl的保護(hù)功能下降。此外，有可能會降低各系統(tǒng)中開關(guān)SW的功能本身。還有將各開關(guān)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(guān)的方案(例如，參照專利文獻(xiàn)2)。但是，存在電路規(guī)模變大，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決上述問題而構(gòu)思，其目的在于得到能以簡單的電路結(jié)構(gòu)提高截止側(cè)的承受功率的開關(guān)電路。本發(fā)明的開關(guān)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(guān)元件；在所述第3輸入輸出端子與接地點(diǎn)之間連接的第2開關(guān)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(guān)元件；在所述第2輸入輸出端子與接地點(diǎn)之間連接的第4開關(guān)元件；與所述第I及第2開關(guān)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(guān)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(guān)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(lián)連接，負(fù)極與所述第I控制電壓施加端子連接。(發(fā)明效果)
通過本發(fā)明，能通過簡單的電路結(jié)構(gòu)提高截止側(cè)的承受功率。


圖1是示出本發(fā)明的實(shí)施方式I的開關(guān)電路的 圖2是示出比較例的開關(guān)電路的 圖3是示出當(dāng)功率較大的信號輸入時的比較例的開關(guān)電路的動作的 圖4是示出當(dāng)功率較大的信號輸入時的本發(fā)明實(shí)施方式I的開關(guān)電路的動作的 圖5是示出對于實(shí)施方式I和比較例的開關(guān)電路計算承受功率的結(jié)果的 圖6是示出本發(fā)明實(shí)施方式I的開關(guān)電路的變形例的 圖7是示出本發(fā)明實(shí)施方式2的開關(guān)電路的 圖8是示出本發(fā)明實(shí)施方式2的開關(guān)電路的變形例的 圖9是示出本發(fā)明實(shí)施方式3的開關(guān)電路的 圖10是示出本發(fā)明實(shí)施方式4的開關(guān)電路的 圖11是示出本發(fā)明實(shí)施方式5的開關(guān)電路的 圖12是示出本發(fā)明實(shí)施方式6的開關(guān)電路的 圖13是示出本發(fā)明實(shí)施方式7的開關(guān)電路的 圖14是示出本發(fā)明實(shí)施方式8的開關(guān)電路的 圖15是示出本發(fā)明實(shí)施方式9的開關(guān)電路的 圖16是示出本發(fā)明實(shí)施方式10的開關(guān)電路的 圖17是示出使用開關(guān)電路的系統(tǒng)的 圖18是不出使用開關(guān)電路的系統(tǒng)的 圖19是示出使用開關(guān)電路的系統(tǒng)的圖。
具體實(shí)施例方式參照附圖，對本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的開關(guān)電路進(jìn)行說明。對于相同或?qū)?yīng)的構(gòu)成要素標(biāo)注相同的符號，有時還省略重復(fù)的說明。實(shí)施方式I
圖1是示出本發(fā)明的實(shí)施方式I的開關(guān)電路的圖。晶體管T1、T2、T3、T4是用作為開關(guān)元件的場效應(yīng)晶體管?？刂齐妷菏┘佣俗覸1、V2是施加用于切換開關(guān)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(shù)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(diǎn)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(diǎn)之間連接?？刂齐妷菏┘佣俗覸l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(lián)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(lián)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(lián)連接，二極管Dl、D2的負(fù)極與控制電壓施加端子Vl連接。接著說明開關(guān)電路的動作。將開關(guān)電路用于圖17的系統(tǒng)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(fā)送器SI連接。發(fā)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(dǎo)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(guān)電路用于圖18的系統(tǒng)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(dǎo)通、截止，由此切換來自天線ANT的信號。將開關(guān)電路用于圖19的系統(tǒng)的情況下，輸入輸出端子Pl與循環(huán)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(fā)送器SI連接。在發(fā)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(hù)接收器Jl。接著與比較例進(jìn)行比較而說明本實(shí)施方式的效果。圖2是示出比較例的開關(guān)電路的圖。沒有實(shí)施方式I的電阻Rlb、R2b及二極管D1、D2。比較例的開關(guān)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(guān)電路的信號的功率較小時，柵極電流Ig幾乎不能在截止?fàn)顟B(tài)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(guān)電路的動作的圖。當(dāng)輸入到開關(guān)電路的信號的功率較大時，截止?fàn)顟B(tài)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(fā)生變動?？刂齐妷篤c’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(guān)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(fā)明實(shí)施方式I的開關(guān)電路的動作的圖。A點(diǎn)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(diǎn)和C點(diǎn)之間)發(fā)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(chǎn)生這以上的電壓降。故，晶體管Tl的控制電壓(點(diǎn)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(jié)構(gòu)提高截止側(cè)的承受功率。圖5是示出關(guān)于實(shí)施方式I和比較例的開關(guān)電路計算承受功率的結(jié)果的圖。作為晶體管采用形成在SiC襯底上的GaN晶體管，設(shè)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(shí)施方式的承受功率提高至 44.5dBm。 圖6是示出本發(fā)明實(shí)施方式I的開關(guān)電路的變形例的圖。取代二極管Dl而使用串聯(lián)連接的二極管Dla、Dlb，取代二極管D2而使用串聯(lián)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(jìn)行與系統(tǒng)對應(yīng)的承受功率值的調(diào)整。此外，將二極管連成3級以上也可。實(shí)施方式2
圖7是示出本發(fā)明的實(shí)施方式2的開關(guān)電路的圖。除實(shí)施方式I的結(jié)構(gòu)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(lián)連接，二極管D3、D4的負(fù)極與控制電壓施加端子V2連接。在本實(shí)施方式中，在開關(guān)兩方的通路的晶體管的柵極電阻的一部分并聯(lián)配置二極管。將該開關(guān)電路用于圖18的系統(tǒng)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(jié)果，能夠防止開關(guān)電路造成的信號切換精度的下降。圖8是示出本發(fā)明實(shí)施方式2的開關(guān)電路的變形例的圖。取代二極管D3而使用串聯(lián)連接的二極管D3a、D3b，取代二極管D4而使用串聯(lián)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(jìn)行與系統(tǒng)對應(yīng)的承受功率值的調(diào)整。此外，將二極管連成3級以上也可。實(shí)施方式3
圖9是示出本發(fā)明的實(shí)施方式3的開關(guān)電路的圖。除實(shí)施方式I的結(jié)構(gòu)外，還有扼流電感器L1、L2與電阻Rib、R2b分別并聯(lián)連接，且與二極管Dl、D2分別串聯(lián)連接。在此，柵極電流會在二極管Dl、D2中流過，從而并聯(lián)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(shí)施方式4
圖10是示出本發(fā)明的實(shí)施方式4的開關(guān)電路的圖。除實(shí)施方式2的結(jié)構(gòu)外，還有扼流電感器L1、L2、L3、L4與電阻Rl、R2、R3、R4分別并聯(lián)連接，且與二極管Dl、D2、D3、D4分別串聯(lián)連接。由此，能夠得到實(shí)施方式2、3的效果。實(shí)施方式5
圖11是示出本發(fā)明的實(shí)施方式5的開關(guān)電路的圖。具有通過開關(guān)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(diǎn)之間分別串聯(lián)連接。電容Cl、C2與傳輸線路TL1、TL2分別串聯(lián)連接。即，在本實(shí)施方式中，以發(fā)送信號的1/4波長的傳輸線路和電容置換實(shí)施方式3的電感器。由此，謀求電路的小型化。實(shí)施方式6
圖12是示出本發(fā)明的實(shí)施方式6的開關(guān)電路的圖。具有通過開關(guān)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(diǎn)之間分別串聯(lián)連接。電容(:1、02乂3、(:4與傳輸線路111、112、113、114分別串聯(lián)連接。即，在本實(shí)施方式中，以發(fā)送信號的1/4波長的傳輸線路和電容置換實(shí)施方式4的電感器。由此，謀求電路的小型化。實(shí)施方式7
圖13是示出本發(fā)明的實(shí)施方式7的開關(guān)電路的圖。取代實(shí)施方式I的電阻Rib、R2b及二極管D1、D2而設(shè)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(diǎn)與控制電壓施加端子Vl之間。二極管D12與電阻R12并聯(lián)連接，二極管D12的負(fù)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(shù))，因此能夠進(jìn)一步抑制控制電壓相對于高輸入功率的變動。實(shí)施方式8
圖14是示出本發(fā)明的實(shí)施方式8的開關(guān)電路的圖。除實(shí)施方式7的結(jié)構(gòu)外，還設(shè)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(diǎn)與控制電壓施加端子V2之間。二極管D34與電阻R34并聯(lián)連接，二極管D34的負(fù)極與控制電壓施加端子V2連接。在本實(shí)施方式中，在開關(guān)兩方的通路的晶體管的柵極電阻的一部分上并聯(lián)配置二極管。將該開關(guān)電路用于圖18的系統(tǒng)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(jié)果，能夠防止開關(guān)電路造成的信號切換精度的下降。此外，還能得到實(shí)施方式7的效果。實(shí)施方式9
圖15是示出本發(fā)明的實(shí)施方式9的開關(guān)電路的圖。除實(shí)施方式7的結(jié)構(gòu)外，還有扼流電感器L12與電阻R12并聯(lián)連接，且與二極管D12串聯(lián)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(shí)施方式10
圖16是示出本發(fā)明的實(shí)施方式10的開關(guān)電路的圖。除實(shí)施方式8的結(jié)構(gòu)外，還有扼流電感器L12、L34與電阻R12、R34分別并聯(lián)連接，且與二極管D12、D34分別串聯(lián)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(shí)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(shí)施方式I 10的開關(guān)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(jìn)一步小型、集成化。此外，實(shí)施方式I 10的開關(guān)電路能夠適用于收發(fā)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(guān)元件)；T2晶體管(第2開關(guān)元件)；Τ3晶體管(第3開關(guān)元件)；Τ4晶體管(第4開關(guān)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(quán)利要求
1.一種開關(guān)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(guān)元件； 在所述第3輸入輸出端子與接地點(diǎn)之間連接的第2開關(guān)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(guān)元件； 在所述第2輸入輸出端子與接地點(diǎn)之間連接的第4開關(guān)元件； 與所述第I及第2開關(guān)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(guān)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(guān)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(lián)連接，負(fù)極與所述第I控制電壓施加端子連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)電路，其特征在于，還包括: 在所述第3及第4開關(guān)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(lián)連接，負(fù)極與所述第2控制電壓施加端子連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)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(lián)連接，且與所述第I及第2 二極管分別串聯(lián)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的開關(guān)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(lián)連接，且與所述第1、第2、第3及第4 二極管分別串聯(lián)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)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(diǎn)之間分別串聯(lián)連接，具有通過所述開關(guān)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(lián)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的開關(guān)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(diǎn)之間分別串聯(lián)連接，且具有通過所述開關(guān)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(lián)連接。
7.一種開關(guān)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(guān)元件； 在所述第3輸入輸出端子與接地點(diǎn)之間連接的第2開關(guān)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(guān)元件； 在所述第2輸入輸出端子與接地點(diǎn)之間連接的第4開關(guān)元件； 與所述第I及第2開關(guān)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(guān)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(guān)元件的所述控制端子的連接點(diǎn)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(lián)連接，負(fù)極與所述第I控制電壓施加端子連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的開關(guān)電路，其特征在于，還包括: 在所述第3及第4開關(guān)元件的所述控制端子的連接點(diǎn)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(lián)連接，負(fù)極與所述第2控制電壓施加端子連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的開關(guān)電路，其特征在于，還包括: 電感器，其與所述第I電阻并聯(lián)連接，且與所述第I 二極管串聯(lián)連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的開關(guān)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(lián)連接，且與所述第I及第2 二極管分別串聯(lián)連接。
全文摘要
本發(fā)明得到能以簡單的電路結(jié)構(gòu)提高截止側(cè)的承受功率的開關(guān)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(diǎn)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(diǎn)之間連接?？刂齐妷菏┘佣俗?V1)與開關(guān)元件(T1、T2)的柵極連接。控制電壓施加端子(V2)與開關(guān)元件(T3、T4)的柵極連接。電阻(R1b、R2b)分別在開關(guān)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(lián)連接，且二極管(D1、D2)的負(fù)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(yōu)先權(quán)日2011年12月28日
發(fā)明者塚原良洋 申請人:三菱電機(jī)株式會社