(57)【要約】【解決手段】本発明の双極単投（ＤＰＳＴ）スイッチは、第１入力ポートに対応する第１回路部と、第２入力ポートに対応する第２回路部と、及び出力ポートを有するスイッチ回路とを具備する。ここで、第１及び第２の回路部の各々は、分離チャンネルの一部を提供する少なくとも１個の第１トランジスタと、送信チャンネルの一部を提供する少なくとも１個の第２トランジスタと、送信チャンネル又は分離チャンネルのいずれかを選択する制御バイアスを提供する少なくとも１個の第３トランジスタとを有する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１入力ポートに対応する第１回路部と、第２入力ポートに対応する第２回路部と、出力ポートとを具備し、
前記第１及び第２の回路部の各々は、分離チャンネルの一部を提供する少なくとも１個の第１トランジスタと、送信チャンネルの一部を提供する少なくとも１個の第２トランジスタと、前記送信チャンネル又は前記分離チャンネルのいずれかを選択する制御バイアスを提供する少なくとも１個の第３トランジスタとを有することを特徴とするスイッチ回路。
【請求項２】
集積回路として形成されていることを特徴とする請求項１記載のスイッチ回路。
【請求項３】
前記第１及び第２回路部の各々の前記少なくとも１個の第３トランジスタは、前記第１及び第２入力ポートのどちらが前記出力ポートに結合されるかを選択する制御バイアスを提供することを特徴とする請求項１記載のスイッチ回路。
【請求項４】
前記少なくとも１個の第１トランジスタは２個のトランジスタを具備し、
前記少なくとも１個の第２トランジスタは２個のトランジスタを具備することを特徴とする請求項１記載のスイッチ回路。
【請求項５】
前記少なくとも１個の第１トランジスタは３個のトランジスタを具備し、
前記少なくとも１個の第２トランジスタは３個のトランジスタを具備することを特徴とする請求項１記載のスイッチ回路。
【請求項６】
前記少なくとも１個の第３トランジスタは２個のトランジスタを具備することを特徴とする請求項１記載のスイッチ回路。
【請求項７】
前記少なくとも１個の第１トランジスタ及び前記少なくとも１個の第２トランジスタのエミッタ同士は互いに結合されていることを特徴とする請求項１記載のスイッチ回路。
【請求項８】
前記少なくとも１個の第１トランジスタ及び前記少なくとも１個の第２トランジスタのエミッタ同士は、少なくとも１個の第３トランジスタのコレクタにさらに結合されていることを特徴とする請求項７記載のスイッチ回路。
【請求項９】
スイッチ回路の少なくとも２個の入力及び出力の間に分離を提供する方法であって、
少なくとも１個の第１差動増幅器対を有する少なくとも２個の入力の各々用に、前記スイッチ回路の前記少なくとも２個の入力及び出力の間に分離を与える第１チャンネルを提供する工程と、
少なくとも１個の第２差動増幅器対を有する少なくとも２個の入力の各々用に、前記スイッチ回路の前記入力及び出力の間に結合を与える第２チャンネルを提供する工程と、
前記少なくとも２個の入力のうち一方と、前記第１チャンネル又は前記第２チャンネルとを選択する制御バイアスを提供する工程と
を具備することを特徴とする方法。
【請求項１０】
少なくとも１本のアンテナと、該アンテナに結合された少なくとも１個のスイッチとを具備し、
前記スイッチは、第１入力ポートに対応する第１回路部と、第２入力ポートに対応する第２回路部と、出力ポートとを具備し、
前記第１及び第２の回路部の各々は、分離チャンネルの一部を提供する少なくとも１個の第１トランジスタと、送信チャンネルの一部を提供する少なくとも１個の第２トランジスタと、前記送信チャンネル又は前記分離チャンネルのいずれかを選択する制御バイアスを提供する少なくとも１個の第３トランジスタとを有することを特徴とする受信器装置。
【請求項１１】
前記第１及び第２回路部の各々の前記少なくとも１個の第３トランジスタは、前記第１及び第２入力ポートのどちらが前記出力ポートに結合されるかを選択する制御バイアスを提供することを特徴とする請求項１０記載の受信器装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線周波数スイッチに関し、特にマイクロ波／ミリ波スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの用途は、特定の制御信号が印加されると２つの入力の一方を単一の出力につなぐ双極単投（ＤＰＳＴ）スイッチを必要とする。図１は、ＤＰＳＴスイッチを要する用途の一例である単パルス型レーダ受信器１０を示す。レーダ受信器１０は、低ノイズ増幅器４０，４５を介してＤＰＳＴスイッチ５０の２つの入力に結合される第１及び第２の受信アンテナ２０，３０を有する。このＤＰＳＴスイッチ５０は、２本の受信アンテナ２０，３０のうち一方を選択するよう使用されるので、２つの受信信号のうち一方を選択する。ＤＰＳＴスイッチ５０の出力は、受信信号を同相（Ｉ）及び直交位相（Ｑ）の成分に分離するミキサ６０，６５に結合される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来、マイクロ波及びミリ波の周波数で作動するＤＰＳＴスイッチは、大きく高価になり得るダイオード及び伝送線に基づいた複雑なネットワークを有する。
【０００４】
このため、マイクロ波及びミリ波の周波数で作動しながら寸法が小さく安価なＤＰＳＴスイッチに対するニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の典型的な一実施形態は、第１入力ポートに対応する第１回路部と、第２入力ポートに対応する第２回路部と、及び出力ポートを有するスイッチ回路とを具備する。ここで、第１及び第２の回路部の各々は、分離チャンネルの一部を提供する少なくとも１個の第１トランジスタと、送信チャンネルの一部を提供する少なくとも１個の第２トランジスタと、送信チャンネル又は分離チャンネルのいずれかを選択する制御バイアスを提供する少なくとも１個の第３トランジスタとを有する。
【０００６】
本発明の典型的な一実施形態はまた、スイッチ回路の少なくとも２個の入力及び出力の間に分離を提供する方法であって、少なくとも１個の第１差動増幅器対を有する少なくとも２個の入力の各々用に、スイッチ回路の少なくとも２個の入力及び出力の間に分離を与える第１チャンネルを提供する工程と、少なくとも１個の第２差動増幅器対を有する少なくとも２個の入力の各々用に、スイッチ回路の入力及び出力の間に結合を与える第２チャンネルを提供する工程と、少なくとも２個の入力のうち一方と、第１チャンネル又は第２チャンネルを選択する制御バイアスを提供する工程を具備する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の実施形態は、集積回路（ＩＣ）として製造することができる双極単投（ＤＰＳＴ）からなる。
【０００８】
ＩＣ内で２つの信号の積をとる従来の技法は、ギルバートセルを使用することによる。当業界で周知であるように、ギルバートセルは、交差結合された差動増幅器として実施されるのが代表的である。図６は、第１差動増幅器対１１０（トランジスタ１１１，１１２を含む）と、第２差動増幅器対１２０（トランジスタ１２１，１２２を含む）と有する典型的なギルバートセル１００を示す。トランジスタ１１１，１２１のコレクタは、互いに結合されると共にギルバートセル１００のピン「６」に結合される。同様に、トランジスタ１１２，１２２のコレクタは、互いに結合されると共にギルバートセル１００のピン「５」に結合される。さらに、トランジスタ１１１，１２２のベースは、互いに結合されると共にギルバートセル１００のピン「８」に結合され、トランジスタ１１２，１２１のベースは、互いに結合されると共にギルバートセル１００のピン「７」に結合される。最後に、第１差動増幅器対１１０のトランジスタ１１１，１１２のエミッタは第１バイアストランジスタ１３０のコレクタに結合され、第２差動増幅器対１２０のトランジスタ１２１，１２２のエミッタは第２バイアストランジスタ１４０のコレクタに結合される。作動時において、第１及び第２バイアストランジスタ１３０，１４０のベースに（ギルバートセルのピン「１」及び「４」を介して）印加される差動交流バイアス電圧は、ギルバートセルのピン「６」及び「７」間に印加される無線周波数（ＲＦ）入力信号の振幅を制御する。以下の図に示されているように、本発明者は、増幅器としての従来の使用とは逆に、ＤＰＳＴスイッチとして使用可能になるようにギルバートセルの種々の変形を提案する。
【０００９】
図２Ａは、本発明の第１典型実施形態に従ったＤＰＳＴスイッチ回路２００を示す。ＤＰＳＴスイッチ回路２００は、第１入力ポート２０１、第２入力ポート２０２及び第１出力ポート２０３を具備する。スイッチ回路２００はまた、第１入力ポート２０１に対応する第１スイッチ部２０５、及び第２入力ポート２０２に対応する第２スイッチ部２０６を具備する。制御入力ポート２０７は、スイッチ部２０５，２０６が作動中である（すなわち出力ポート２０３に信号を送信する）電圧信号を制御する。
【００１０】
第１スイッチ部２０５はトランジスタ２４０，２４１'，２４５，２４７，２５０，２５２，２５４，２５６を具備し、第２スイッチ部２０６はトランジスタ２４１，２４０'，２４５，２４８，２５１，２５３，２５５，２５７を具備する。作動時において、制御電圧は、トランジスタ２４０，２４０'（Ｑ８，Ｑ１６）又はトランジスタ２４１，２４１'（Ｑ７，Ｑ１５）のいずれかのベースに印加された電圧がトランジスタの熱降伏電圧（例えば0.7ボルト）により別の組のトランジスタに印加される電圧よりも高くなるように、制御入力ポート２０７に印加される。例えば、トランジスタ２４０，２４０'に印加された電圧がトランジスタ２４１，２４１'に印加された電圧より大きい場合、トランジスタ２４０，２４０'は「オン」にバイアスされ、第１入力ポート２０１は高入力インピーダンスを「見る」ので、第２入力ポート２０２での信号が出力ポート２０３に送信される。同様に、トランジスタ２４１，２４１'に印加された電圧がトランジスタ２４０，２４０'に印加された電圧より大きい場合、トランジスタ２４１，２４１'は「オン」にバイアスされ、第２入力ポート２０２は高入力インピーダンスを「見る」ので、第１入力ポート２０１での信号が出力ポート２０３に送信される。
【００１１】
第１入力ポート２０１が出力ポート２０３に結合される場合（例えば、トランジスタ２４０，２４０'が「オン」にバイアスされている場合）、トランジスタ２５１，２５７（Ｑ１１，Ｑ１２）も「オン」にバイアスされ、トランジスタ２４６，２４８，２５３，２５５（Ｑ９，Ｑ１０，Ｑ１３，Ｑ１４）は「オフ」にバイアスされるので、第２スイッチ部２０６は第１スイッチ部２０５の出力に全く負荷をかけず、第１入力ポート２０２から送信される全信号は出力ポート２０３に現れる。或いは、第２入力ポート２０２が出力ポート２０３に結合される場合（例えば、トランジスタ２４１，２４１'が「オン」にバイアスされる場合）、トランジスタ２５０，２５６（Ｑ１，Ｑ２）も「オン」にバイアスされ、トランジスタ２４５，２４７，２５２，２５４（Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６）は「オフ」にバイアスされるので、第１スイッチ部２０５は第２スイッチ部２０６の出力に全く負荷をかけず、第２入力ポート２０２から送信される全信号は出力ポート２０３に現れる。スイッチ回路２００の作動の更なる詳細は、図２Ｂを参照して以下で説明する。
【００１２】
図２Ｂは、本発明の第１典型実施形態に従ったＤＰＳＴスイッチ回路２００を示す。図２Ｂに示される多くの要素は図２Ａにも示されており、同様の参照符号は同様の要素を示す。上述したように、ＤＰＳＴスイッチ回路２００は、第１入力ポート２０１、第２入力ポート２０２及び第１出力ポート２０３を具備する。供給電圧Ｖdcは、入力２０１，２０２及び出力２０３間に結合された（第１部２０５及び第２部２０６からなる）トランジスタスイッチ２０８のネットワークに供給される。インダクタ２１０，２１１は、入力ポート２０１，２０２及び出力ポート２０３における直流供給電圧Ｖdc及び交流電圧の間の分離を提供する。同様に、キャパシタ２１５，２１６は出力ポート２０３から直流電圧を分離する。
【００１３】
本発明の第１典型実施形態によれば、トランジスタスイッチ２０８のネットワークの一部は、上述のギルバートセルと同様にレイアウトされる。特に、ネットワークは、（図６に示されるギルバートセルのバイアストランジスタ１３０，１４０に対応する）バイアストランジスタ２４０，２４０'，２４１，２４１'、 （図６に示されるギルバートセルのトランジスタ１１２，１２１に対応する）内部トランジスタ２４５，２４６、及び（図６に示されるギルバートセルのトランジスタ１１１，１２２に対応する）外部トランジスタ２４７，２４８を具備する。しかし、共に結合されるベースを有する内部トランジスタ２４５，２４６の代わりに、分断される。さらに、追加のトランジスタ２５０〜２５７は「改変された」ギルバートセルの周りに設けられている。例示を容易にするために、各トランジスタ２４０，２４０'，２４１，２４１'，２４５〜２４８，２５０〜２５７用のバイアス回路の全てが図２Ｂに示されている訳ではない。
【００１４】
バイアストランジスタ２４０及び２４１'，２４１及び２４０'は、共に結合されると共に電流源Ｉdcに結合されたエミッタを有する。バイアストランジスタ２４０，２４０'のベースは第１電圧源Ｖdc1により供給され、バイアストランジスタ２４１，２４１'のベースは第２電圧源Ｖdc2により供給される。
【００１５】
スイッチ回路２００のトランジスタ対２５０／２５６，２４５／２４７，２４６／２４８，２５１／２５７は、全て「カスコード」（すなわちエミッタが結合された）構成で結合されている。このトランジスタのカスコード結合は、入力ポート２０１，２０２に高入力インピーダンスを与える。特に、入力ポート２０１が出力ポート２０３に印加されると入力ポート２０２が高入力インピーダンスを与え、入力ポート２０２が出力ポート２０３に印加されると入力ポート２０１が高入力インピーダンスを与える。高入力インピーダンスは、不要なポート（例えば入力ポート２０１，２０２のいずれか）が所望の信号経路に負荷を与えることを防止する。トランジスタ対２５０／２５６，２４５／２４７，２４６／２４８及び２５１／２５７のカスコード構成は、必要信号及び不要信号間の分離に殆ど又は全く影響を与えないが、他の入力ポートに進めない代わりに必要信号が出力ポート２０３に向けられることを確保する。
【００１６】
この高入力インピーダンスは、非選択ポートからの余分な信号がスイッチ回路２００に印加されるのを防止する。
【００１７】
２個の入力ポート２０１，２０２の各々はトランジスタ２０８のネットワークの別々の部分に結合される。例えば、入力ポート２０１はトランジスタ２４０，２４１'，２４５，２４７，２５０，２５２，２５４，２５６を有する第１部２０５に結合され、入力ポート２０２はトランジスタ２４０'，２４１，２４６，２４８，２５１，２５３，２５５，２５７を有する第２部２０６に結合される。これら第１部２０５及び第２部２０６の各々は、「送信」チャンネル及び「分離」チャンネルの双方をさらに具備する。例えば、（入力ポート２０１に対応する）第１部２０５用の「送信」チャンネルはトラジスタ２４５，２４７，２５２，２５４を具備し、「分離」チャンネルはトランジスタ２５０，２５６を具備する。同様に、（入力ポート２０２に対応する）第２部２０６用の「送信」チャンネルはトラジスタ２４６，２４８，２５３，２５５を具備し、「分離」チャンネルはトランジスタ２５１，２５７を具備する。
【００１８】
作動時において、信号は入力ポート２０１，２０２に印加され、ポート２０１における入力信号又はポート２０２における入力信号のいずれかが、任意の所与の瞬間に出力ポート２０３に送信される。入力ポート（例えば２０１又は２０２）のどちらが出力ポート２０３に印加されるのかは、バイアストランジスタ２４０，２４０'，２４１，２４１'のベースに異なる電圧を印加することにより選択される。当業者であれば理解するだろうが、電圧源Ｖdc1，Ｖdc2は、バイアストランジスタ２４０，２４０'，２４１，２４１'の各ベースに印加される信号を直接制御する。例えば、バイアストランジスタ２４０，２４０'がバイアストランジスタ２４１，２４１'より（少なくとも0.7ボルトのバイアストランジスタの熱降伏電圧だけ）印加される電圧が大きい場合、入力ポート２０１が出力ポート２０３に結合される。同様に、バイアストランジスタ２４１，２４１'がバイアストランジスタ２４０，２４０'より（少なくとも0.7ボルトだけ）印加される電圧が大きい場合、入力ポート２０２が出力ポート２０３に結合される。
【００１９】
図３は、モノリシックに実施された図２のスイッチ回路２００を示す。図４は、入力ポート２０１，２０２及び出力ポート２０３を詳細に示す、モノリシックに実施されたスイッチ回路２００の一部の拡大図である。
【００２０】
図５Ａないし図５Ｉは、図２のスイッチ回路２００のギガヘルツ（ＧHz）対デシベル（dB）応答を示すグラフである。特に、図５Ａ、図５Ｅ及び図５Ｉは、入力ポート２０１（ポート１）、入力２０２（ポート２）及び出力ポート（ポート３）の入力インピーダンス整合曲線をそれぞれ示す。残りの図は、異なるポート間のスイッチ回路２００の分離曲線（例えば、図５Ｂは、１つの入力ポート（ポート２）及び別の入力ポート（ポート１）間の分離曲線）を示す。当業者であれば理解するであろうが、スイッチ回路２００のポート間２０１〜２０３間の分離は、作動周波数範囲にわたって比較的一様である。当業者は留意するように、スイッチ回路２００は常に整合されている（すなわち、各ポート２０１〜２０３の反射損失はスイッチの状態に無関係に一定を保たれる）。
【００２１】
典型的実施形態に関して本発明を説明してきたが、本発明はこれらに限定されない。むしろ、特許請求の範囲は、本発明の等価物の範囲から逸脱することなく当業者がなす、本発明の別の変形例及び別の実施形態を含むよう広く解釈すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来の単パルス型レーダ受信器を示す回路図である。
【図２Ａ】本発明の第１典型実施形態に従った双極単投スイッチ回路を示す回路図である。
【図２Ｂ】図２Ａの双極単投スイッチ回路の詳細を示す回路図である。
【図３】集積回路として実施されたズ２のスイッチ回路を示す図である。
【図４】図３に示される集積回路の拡大図である。
【図５Ａ】図２のスイッチ回路の周波数対デシベル応答を示すグラフである。
【図５Ｂ】図２のスイッチ回路の周波数対デシベル応答を示すグラフである。
【図５Ｃ】図２のスイッチ回路の周波数対デシベル応答を示すグラフである。
【図５Ｄ】図２のスイッチ回路の周波数対デシベル応答を示すグラフである。
【図５Ｅ】図２のスイッチ回路の周波数対デシベル応答を示すグラフである。
【図５Ｆ】図２のスイッチ回路の周波数対デシベル応答を示すグラフである。
【図５Ｇ】図２のスイッチ回路の周波数対デシベル応答を示すグラフである。
【図５Ｈ】図２のスイッチ回路の周波数対デシベル応答を示すグラフである。
【図５Ｉ】図２のスイッチ回路の周波数対デシベル応答を示すグラフである。
【図６】従来のギルバートセルを示す概略図である。
【符号の説明】
【００２３】
２０，３０  アンテナ
２００  スイッチ回路
２０１  第１入力ポート
２０２  第２入力ポート
２０３  出力ポート
【図１】
2007531348.tif 000002
【図２Ａ】
2007531348.tif 000003
【図２Ｂ】
2007531348.tif 000004
【図３】
2007531348.tif 000005
【図４】
2007531348.tif 000006
【図５Ａ】
2007531348.tif 000007
【図５Ｂ】
2007531348.tif 000008
【図５Ｃ】
2007531348.tif 000009
【図５Ｄ】
2007531348.tif 000010
【図５Ｅ】
2007531348.tif 000011
【図５Ｆ】
2007531348.tif 000012
【図５Ｇ】
2007531348.tif 000013
【図５Ｈ】
2007531348.tif 000014
【図５Ｉ】
2007531348.tif 000015
【図６】
2007531348.tif 000016