专利名称：开关的制作方法
技术领域：
本发明涉及开关。
背景技术：
作为用于转换无线通信中使用的高频信号的路径的开关，例如，使用神化镓基化合物半导体的高电子迁移率晶体管(HEMT)。然而，化合物半导体晶片的价格相对较高，并且目前尚未提供大孔径的晶片，因此，价格上没有优势。此外，近年来，为了降低开关的价格，例如，已经研发了互补金属氧化物半导体(CMOS)开关。由于衬底的电阻较低，所以普通的CMOS (体CM0S，bulk CMOS)可造成功率泄漏，并且其开关性能会劣化。因此，例如，在使用CMOS开关时，使用特殊エ艺(例如，蓝宝石上硅(SOS)エ艺或绝缘体上硅结构(SOI)エ艺)来提高开关性能。然而，当使用诸如SOSエ艺、SOIエ艺等特殊エ艺时，会増加开关的制造成本。在这种情况下，已经研发出了与开关相关的技术，用于转换高频信号的路径。例如，专利文献I公开了与开关相关的技术，使用异质结双极型晶体管(HBT)。例如，与由诸如高电子迁移率晶体管(HEMT)的场效应晶体管(FET)形成开关的情况相比，使用诸如异质结双极型晶体管(HBT)的双极型晶体管形成开关可降低开关成本，其中，使用常用エ艺，诸如SiGe CMOSエ艺，S卩，SiGe HBTエ艺和体互补金属氧化物半导体(CMOS)エ艺的结合。在本文中，由于FET具有对称结构(即，漏极和源极未固定的结构)，所以对于高频信号的振幅，FET在正向和反向进行操作时具有相同的特性。然而，在双极型晶体管中，正向和反向上的操作特性不同。因此，在使用双极型晶体管的开关中，可能对于高频信号的振幅产生失真。例如，根据专利文献1，改善了 HBT的特性，从而可以降低对于高频信号的振幅的失真。然而，在使用专利文献I中所公开的技术时，必须使用特殊エ艺，因此，预计成本不会降低。[相关技术文献](专利文献I)日本专利公开第2006-279316号
发明内容
本发明的ー个方面提供了ー种新的改进的开关，其能够执行切換，同时降低了对于高频信号的振幅的失真。根据本发明的ー个方面，提供了一种开关，包括:输入端子，高频信号输入到该输入端子；第一切换单元，连接在输入端子以及将输入到输入端子的高频信号输出的第一输出端子之间，通过第一输出端子将输入到输入端子的高频信号选择性地输出；以及第ニ切换单元，连接在输入端子以及将输入到输入端子的高频信号输出的第二输出端子之间，并且通过第二输出端子将输入到输入端子的高频信号选择性地输出，其中，第一切换单元包括:第一阻抗变压器，设置在输入端子和第一输出端子之间的第一信号线上，并且转换阻杭；第一双极型晶体管，具有接地的发射极、连接到第一信号线的集电极以及接收施加至此的根据第一控制电压的电流的基极，第一控制电压控制第一切换单元中的开关操作；以及第二双极型晶体管，具有接地的集电极、连接到第一信号线的发射极以及接收施加至此的根据第一控制电压的电流的基极，并且第二切换单元包括:第二阻抗变压器，设置在输入端子和第二输出端子之间的第二信号线上，并且转换阻抗；第三双极型晶体管，具有接地的发射极、连接到第二信号线的集电极以及接收施加至此的根据第二控制电压的电流的基板，第二控制电压控制第二切换单元中的开关操作；以及第四双极型晶体管，具有接地的集电极、连接到第二信号线的发射极以及接收施加至此的根据第二控制电压的电流的基板。在开启输入端子和输出端子之间的部分时，可降低输入端子和输出端子之间的插入损耗，并且在关闭输入端子和输出端子之间的部分时，可增大输入端子和输出端子之间的隔离。此外，可以降低第一切换单元和第二切换单元中每ー个的对于高频信号振幅的失真。因此，开关可进行切換，同时减少对于高频信号的振幅的失真。
结合附图，通过以下具体实施方式
，更清晰地理解本发明的以上和其他方面、特征和其他优点，其中:图1是根据本发明的第一实施方式的开关的示意性电路图；图2A是示出了在根据本发明的第一实施方式的开关中通过包含第四双极型晶体管所获得的效果的示图；图2B是示出了在根据本发明的第一实施方式的开关中通过包含第四双极型晶体管所获得的效果的示图；图3是根据本发明的第二实施方式的开关的示意性电路图；图4A是示出了在根据本发明的第二实施方式的开关中通过包含电容器所获得的效果的示图；以及图4B是示出了在根据本发明的第二实施方式的开关中通过包含电容器所获得的效果的示图。
具体实施例方式现在參看附图，详细描述本发明的实施方式。同样，在说明书和附图中具有相同功能和结构的部件由相同的參考标号表示，并且省略对其的重复描述。在后文中，将经由一个输入端和两个输出端开启和关闭的单刀双掷(STOT)开关描述为根据本发明的实施方式的开关。此外，尽管为了便于说明而描述了具有一个输入端和两个输出端的SPDT开关，但任何ー个端子都可以是输入端或输出端。同样，根据本发明的实施方式的开关不限于SPDT开关。例如，根据本发明的实施方式的开关可为经由一个输入端和ー个输出端而开启或关闭的单刀单掷(SPST)开关或经由ー个输入端和三个以上的输出端开启或关闭的开关。根据本发明的实施方式的开关可被实现为各种开关，包括后文将描述的至少ー个第一切换单元(或第二切换单元)。(第一实施方式)图1是示出了根据本发明的第一实施方式的开关100的示意性电路图。[I]开关100的配置下面将描述根据本发明的实施方式的开关100。开关100包括高频信号输入到其中的输入端子CP、第一输出端子Pl、第二输出端子P2、连接在输入端子CP和第一输出端子Pl之间的第一切换单元102、以及连接在输入端子CP和第二输出端子P2之间的第二切換単元104。第一切换单元102通过第一输出端子Pl将输入到输入端子CP的高频信号选择性输出。同样，第二切换单元104通过第二输出端子P2将输入到输入端子CP的高频信号选择性输出。根据本发明的实施方式的高频信号的实例包括频率信号(例如，30kHz到300GHz的频率信号)，该频率信号用于无线通信中，诸如长波信号、中波信号、短波信号、特高频信号、超高频信号、微波信号以及毫米波信号。同样，根据本发明的实施方式的高频信号不限于此。例如，根据本发明的实施方式的高频信号可为低于30kHz的频率信号或高于300GHz的频率信号。在开关100中，第一切换单元102和第二切换单元104根据控制电压VcO、Vcl和Vc2的电压电平(高电平/低电平)而开启或关闭。具体地说，例如，在控制电压VcO的电压电平被固定为高电平的情况下，当控制电压Vcl (第一控制电压)的电压电平为低时第一切换单元102开启，并且当控制电压Vcl的电压电平为高时第一切换单元也开启。同样，例如，在控制电压VcO的电压电平被固定为高电平的情况下，当控制电压Vc2 (第二控制电压)的电压电平为低时，第二切换单元104开启，并且当控制电压Vc2的电压电平为高时第二切換単元也开启。第一切换单元102包括第一阻抗变压器MSTL1、第一双极型晶体管TRll以及第二双极型晶体管TRl2。第一阻抗变压器MSTLl设置在输入端子CP和第一输出端子Pl之间的第一信号线上，将高电阻转换成低电阻，以及将低电阻转换成高电阻。在本文中，第一阻抗变压器MSTLl可为(例如)所使用频率的1/4波长路径。在第一双极型晶体管TRll中，发射极接地，集电极连接到第一信号线，并且基极接收施加至其的根据控制电压Vcl的电流。在本文中，第一双极型晶体管TRll可为异质结双极型晶体管(HBT)，使用常用エ艺，诸如SiGe BiCMOSエ艺，S卩，SiGe HBTエ艺和体互补金属氧化物半导体(CMOS)エ艺的结合。同样，根据本发明的实施方式的第一双极型晶体管TRll不限于使用SiGe BiCMOSエ艺的HBT。在第二双极型晶体管TR12中，集电极接地，发射极连接到第一信号线，并且基极接收施加至其的根据控制电压Vcl的电流。在本文中，类似于第一双极型晶体管TRll，第二双极型晶体管TR12可为HBT，使用常用エ艺，诸如SiGe BiCMOSエ艺，S卩，SiGe HBTエ艺和体CMOSエ艺的结合。同样，根据本发明的实施方式的第二双极型晶体管TR12不限于使用SiGe BiCMOS エ艺的 HBT。第二切换单元104包括第二阻抗变压器MSTL2、第三双极型晶体管TR21以及第四双极型晶体管TR22。第二阻抗变压器MSTL2设置在输入端子CP和第二输出端子P2之间的第二信号线上，将高电阻转换成低电阻，以及将低电阻转换成高电阻。在本文中，类似于第一阻抗变压器MSTLl，第二阻抗变压器MSTL2可为(例如)所使用频率的1/4波长路径。在第三双极型晶体管TR21中，发射极接地，集电极连接到第二信号线，并且基极接收施加至其的根据控制电压Vc2的电流。在本文中，第三双极型晶体管TR21可为HBT，使用常用エ艺，例如SiGe BiCMOSエ艺，S卩，SiGe HBTエ艺和体CMOSエ艺的结合。同样，根据本发明的实施方式的第三双极型晶体管TR21不限于使用SiGe BiCMOSエ艺的HBT。在第四双极型晶体管TR22中，集电极接地，发射极连接到第二信号线，并且基极接收施加至其的根据控制电压Vc2的电流。在本文中，类似于第三双极型晶体管TR21，第四双极型晶体管TR22可为HBT，使用常用エ艺，例如SiGe BiCMOSエ艺，SiGe HBTエ艺和体CMOSエ艺的结合。同样，根据本发明的实施方式的第四双极型晶体管TR22不限于使用SiGe BiCMOS エ艺的 HBT。[2]开关100的开关操作的实例接下来，描述根据本发明的实施方式的开关100的开关操作。在本文中，假设输入端子CP和第一输出端子Pl之间的部分处于导通状态，输入端子CP和第二输出端子P2之间的部分处于截止状态(即，第一切换单元102开启，第二切换单元104关闭)。換言之，在后文中描述了ー个实例，其中，控制电压VcO的电压电平为高、控制电压Vcl的电压电平为低、以及控制电压Vc2的电压电平为高。同时，如上所述，在控制电压Vcl的电压电平设置为高以及控制电压Vc2的电压电平设置为低的情况下，第一切换单元102关闭，并且第二切换单元104开启。在控制电压Vcl的电压电平为低的情况下，第一双极型晶体管TRll和第二双极型晶体管TR12截止，从而降低输入端子CP和第一输出端子Pl之间的插入损耗。同时，在控制电压Vc2的电压电平为低的情况下，第三双极型晶体管TR21和第四双极型晶体管TR22导通，并且在图1的点B处，阻抗通过地面短路。因此，増大输入端子CP和第二输出端子P2之间的隔离性。同样，在开关100内，由于包含在处于关闭状态的第二切换单元104中的第二阻抗变压器MSTL2进行操作，所以图1的点A，S卩，第一切换单元102和第二切换单元104之间的连接点处于开状态。因此，可将第二切换单元104对输入端子CP与第一输出端子Pl之间的插入损耗的影响最小化。例如，如上所述，开关100通过降低处于开启状态的第一切换单元102的插入损耗并且增大处于关闭状态的第二切换单元104的隔离从而进行切換。如上所述，处于关闭状态的第二切换单元104允许图1的点B处的阻抗通过地面短路，从而增大输入端子CP和第二输出端子P2之间的隔离。在后文中，具体描述第二切換単元104中的第三双极型晶体管TR21和第四双极型晶体管TR22的功能。在图1的点B处，高频信号的正振幅的电流可以通过使用第三双极型晶体管TR21而流动，从而发生短路。另ー方面，高频信号的负振幅的电流不在第三双极型晶体管TR21的发射极至集电极的方向上流动，从而不会短路。同样，第二切换单元104的第四双极型晶体管TR22的发射极和集电极之间的连接与第三双极型晶体管TR21相反。因此，高频信号的负振幅的电流可通过使用第二切换单元104中的第四双极型晶体管TR22而流动，从而保持短路状态。图2A和图2B是用于说明根据本发明的第一实施方式包括第四双极型晶体管TR22的效果的示图。图2A示出了在具有和没有第四双极型晶体管TR22的相应情况下，在输入端子CP和第一输出端子Pl之间的插入损耗与高频信号功率输入之间的关系。同样，图2B是示出了在具有和没有第四双极型晶体管TR22的相应情况下，在输入端子CP和第一输出端子Pl之间的互调失真(頂D)与高频信号功率输入之间关系的示图。在本文中，图2A和图2B的曲线A表示包括第四双极型晶体管TR22的情況，图2A和图2B的曲线B表示不包括第四双极型晶体管TR22的情況。如图2A中所示，由于包括了第四双极型晶体管TR22，因此与不包括第四双极型晶体管TR22的情况相比，可以降低第一切换单元102中的输入端子CP和第一输出端子Pl之间的插入损耗。同样，如图2B中所示，由于包括了第四双极型晶体管TR22，因此与不包括第四双极型晶体管TR22的情况相比，可以降低第一切换单元102中的MD。同样，虽然本文主要描述如图1中所示的第二切换单元104，但是第一切换单元102的配置与第二切换单元104的配置相同。換言之，在第一切换单元102关闭的情况下，第一双极型晶体管TRll执行与第三双极型晶体管TR21相同的功能，并且同样地，第二双极型晶体管TR12执行与第四双极型晶体管TR22相同的功能。因此，根据本发明的如图1中所示配置的实施方式的开关100可进行切換，同时降低对于高频信号的振幅的失真。同样，如图1中所示配置的开关100即使在高频信号为大功率信号的情况下也可降低失真。此外，开关100可实现降低失真并且使用HBT进行切換，使用常用エ艺，例如SiGeBiCMOSエ艺，S卩，SiGe HBTエ艺和体CMOSエ艺的结合，作为第一双极型晶体管TR11、第二双极型晶体管TR12、第三双极型晶体管TR21和第四双极型晶体管TR22。S卩，开关100中不需要使用特殊エ艺。因此，根据本发明的第一实施方式的开关100可实现制造成本降低。(第二实施方式)根据本发明的实施方式的开关配置不限于图1。图3为根据本发明的另ー实施方式的开关200的示意图。开关200包括高频信号输入到其中的输入端子CP、第一输出端子P1、第二输出端子P2、连接在输入端子CP和第一输出端子Pl之间的第一切换单元202、以及连接在输入端子CP和第二输出端子P2之间的第二切换单元204。类似于图1中所示的第一切换单元102，第一切换单元202通过第一输出端子Pl将输入到输入端子CP的高频信号选择性输出。同样，类似于图1中所示的第二切换单元104，第二切换单元204通过第二输出端子P2将输入到输入端子CP的高频信号选择性输出。本文中，在将第一切换单元202与图1中所示的第一切换单元102比较时，除了包括一端连接到第二双极型晶体管TR12的基极而另一端接地的电容器Cl以外，第一切换单元202基本上具有与图1中所示的第一切换单元102相同的配置。同样，在将第二切换单元204和图1中所示的第二切换单元104比较时，除了包括一端连接到第四双极型晶体管TR22的基极而另一端接地的电容器C2以外，第二切换单元204基本上具有与图1中所示的第二切换单元104相同的配置。电容器Cl降低了在第一切换单元202处于打开状态时(S卩，第一双极型晶体管TRll和第二双极型晶体管TR12截止时)的输入端子CP和第一输出端子Pl之间的插入损耗以及失真増加的可能性。同样，电容器C2降低了在第二切换单元204处于打开状态时(SP，第三双极型晶体管TR21和第四双极型晶体管TR22截止时)的输入端子CP和第二输出端子P2之间的插入损耗以及失真增加的可能性。具体而言,例如,在输入端子CP和第一输出端子Pl之间的部分处于开状态时，需要第二双极型晶体管TR12保持关状态。然而，例如，当从输入端子CP输入的高频信号为大功率信号吋，高频振幅可链接到第二双极型晶体管TR12的基板，結果，第二双极型晶体管TRl2不能保持关状态。开关200包括一端连接到第二双极型晶体管TR12的基极而另一端接地的电容器Cl，从而稳定了第二双极型晶体管TR12的基极相对于高频振幅的电位，进而防止第二双极型晶体管TR12不能保持关状态。在本文中，例如，电容器Cl的电容量可为在高频中导致短路的电容量。具体而言，例如，电容器Cl的电容量可为对于频率IGHz而具有大约2pF的电容量。同样，根据本发明的实施方式的电容器Cl的电容量不限于此。图4A和图4B是用于说明根据本发明的第二实施方式的包括电容器Cl的效果的示图。图4A示出了在具有和没有电容器Cl的相应情况下，在输入端子CP和第一输出端子Pl间的插入损耗与高频信号功率输入之间的关系。同样，图4B示出了在具有和没有电容器Cl的相应情况下，在输入端子CP和第一输出端子Pl间的IMD与高频信号功率输入之间的关系。在本文中，图4A和图4B的曲线A表示包括电容器Cl的情况，图4A和图4B的曲线B表不不包括电容器Cl的情况。如图4A中所示，通过包括电容器Cl，因此与不包括电容器Cl的情况相比，可降低第一切换单元202中的输入端子CP和第一输出端子Pl之间的插入损耗。同样，如图4B中所示，通过包括电容器Cl，因此与不包括电容器Cl的情况相比，可降低第一切换单元202中的 IMD0而且，虽然本文主要描述如图3中所示的第一切换单元202，但是第二切换单元204的配置与第一切换单元202的配置相同。換言之，当开启第二切换单元204吋，电容器C2执行与电容器Cl相同的功能。因此，根据本发明的第二实施方式如图3所示进行配置的开关200可进行切換，同时降低对于电平高于根据图1中所示的第一实施方式的开关100的电平的高频信号的振幅失真。同样，如图3中所示而配置的开关200即使在高频信号为大功率信号时，也可降低失真。此外，类似于图1中所示的根据第一实施方式的开关100，开关200可实现失真降低，并且使用HBT进行切換，使用常用エ艺，例如SiGeBiCMOSエ艺，即，SiGeHBTエ艺和体CMOSエ艺的结合，作为第一双极型晶体管TR11、第二双极型晶体管TR12、第三双极型晶体管TR21和第四双极型晶体管TR22。S卩，类似于图1中所示的开关100，不需要在开关200中使用特殊エ艺。因此，类似于根据图1的实施方式的开关100，根据本发明的当前实施方式的开关200可实现制造成本降低。
同样，根据本发明的第二实施方式的开关200的配置不限于图3中所示。例如，尽管图3中的第一切换单元202和第二切换单元204分别包括电容器Cl和电容器C2，第一切换单元202或第二切换单元204中的任ー个可包括电容器。即使按照这种配置，根据该变形例的开关200也可展现等于或大于根据图1的实施方式的开关100的效果。例如，根据本发明的实施方式的开关可形成为等效于图1中所示的开关100或图3中所示的开关200 (包括根据变形例的开关)等的电路。如上所述，根据本发明的实施方式，开关可进行切換，同时降低相对于高频信号的振幅的失真。虽然已经结合示例性实施方式示出和描述了本发明，但对于本领域的技术人员来说显而易见的是，在不背离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围的情况下，可进行修改和变化。
权利要求
1.一种开关，包括: 输入端子，高频信号输入至所述输入端子； 第一切换单元，连接在所述输入端子以及将输入至所述输入端子的所述高频信号输出的第一输出端子之间，并且通过所述第一输出端子将输入至所述输入端子的所述高频信号选择性输出；以及 第二切换单元，连接在所述输入端子以及将输入至所述输入端子的所述高频信号输出的第二输出端子之间，并且通过所述第二输出端子将输入至所述输入端子的所述高频信号选择性输出， 其中，所述第一切换单元包括: 第一阻抗变压器，设置在所述输入端子和所述第一输出端子之间的第一信号线上，并且转换阻抗； 第一双极型晶体管，具有接地的发射极、连接到所述第一信号线的集电极以及接收施加至其的根据第一控制电压的电流的基极，所述第一控制电压控制所述第一切换单元中的开关操作；以及 第二双极型晶体管，具有接地的集电极、连接到所述第一信号线的发射极以及接收施加至其的根据第一控制电压的电流的基极，并且 第二切换单元包括: 第二阻抗变压器，设置在所述输入端子和所述第二输出端子之间的第二信号线上，并且转换阻抗； 第三双极型晶体管，具有接地的发射极、连接到所述第二信号线的集电极以及接收施加至其的根据第二控制电压的电流的基极，所述第二控制电压控制所述第二切换单元中的开关操作；以及 第四双极型晶体管，具有接地的集电极、连接到所述第二信号线的发射极以及接收施加至其的根据所述第二控制电压的电流的基板。
2.根据权利要求1所述的开关，其中，所述第一切换单元进ー步包括电容器，所述电容器的一端连接到所述第二双极型晶体管的基极，另一端接地。
3.根据权利要求1或2所述的开关，其中，所述第二切换单元进ー步包括电容器，所述电容器的一端连接到所述第四双极型晶体管的基极，另一端接地。
全文摘要
本发明公开了一种开关，其能够进行切换，同时降低相对于高频信号的振幅的失真。该开关包括输入端子，高频信号输入到该输入端子；第一切换单元，连接在输入端子和第一输出端子之间，并且通过第一输出端子选择性地输出高频信号；以及第二切换单元，连接在输入端子和第二输出端子之间，并且通过第二输出端子选择性地输出高频信号。每个切换单元包括阻抗变压器，设置在信号线上；双极型晶体管，具有接地的发射极、连接到信号线的集电极以及接收施加至其的根据控制电压的电流的基极；以及双极型晶体管，具有接地的集电极、连接到信号线的发射极以及接收根据控制电压的电流的基极。
文档编号H03K17/567GK103095269SQ20121036075
公开日2013年5月8日 申请日期2012年9月21日 优先权日2011年11月1日
发明者丹治康纪, 乙部英一郎 申请人:三星电机株式会社