(57)【要約】【解決手段】本発明のスイッチ回路は、分離チャンネルの一部を供給する第１差動増幅器対（Ｑ１，Ｑ２）と、送信チャンネルの一部を供給する第２差動増幅器対（Ｑ３，Ｑ４）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供給する第３差動増幅器対（Ｑ５，Ｑ６）とを具備する。このスイッチ回路は、500μm×250μmの小寸法でありながら、15ＧHz〜26ＧHzレンジにわたる入力及び出力間に35dBの分離を提供する。
2007527650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分離チャンネルの一部を供給する第１差動増幅器対と、
送信チャンネルの一部を供給する第２差動増幅器対と、
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供給する第３差動増幅器対と
を具備することを特徴とするスイッチ回路。
【請求項２】
前記第１差動増幅器対に結合された入力端子と、
前記第２差動増幅器対に結合された出力端子と
をさらに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３】
前記第３差動増幅器対に結合された制御端子をさらに具備することを特徴とする請求項２記載のスイッチ回路。
【請求項４】
前記制御端子は、前記第３差動増幅器対にバイアス電圧を供給し、前記差動増幅器対内で２個のトランジスタのうち１個を有効にすることを特徴とする請求項３記載のスイッチ回路。
【請求項５】
前記第３差動増幅器対の第１トランジスタは前記送信チャンネルに配置され、
前記第３差動増幅器対の第２トランジスタは前記分離チャンネルに配置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６】
前記第１トランジスタを有効にすることにより、入力信号が前記回路の出力端子に進むことを許可し、
前記第２トランジスタを有効にすることにより、入力信号が前記出力端子に進むことを禁止することを特徴とする請求項５記載のスイッチ回路。
【請求項７】
前記回路は、シリコン・ゲルマニウム基板上で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８】
前記第１及び第２の差動増幅器対の各々は、エミッタ同士が結合された少なくとも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９】
前記第２差動増幅器対は少なくとも２個のトランジスタを具備し、
該少なくとも２個のトランジスタの各コレクタに、少なくとも１個のインダクタが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１０】
前記制御バイアスのパルス幅は500p秒未満であ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１１】
前記制御バイアスのパルス幅は200〜300p秒であ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１２】
回路の入力及び出力間に分離を提供する方法であって、
少なくとも１対の第１差動増幅器を有し、前記回路の前記入力及び前記出力間に分離を提供する第１チャンネルを設ける工程と、
少なくとも１対の第２差動増幅器を有し、前記回路の前記入力及び前記出力間に結合を提供する第２チャンネルを設ける工程と、
前記第１チャンネル又は前記第２チャンネルの一方を選択する制御バイアスを設ける工程とを具備することを特徴とする方法。
【請求項１３】
前記制御バイアスを提供する工程は、差動増幅器対のベースに対して制御電圧を供給することからなることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記制御電圧のパルス幅は500p秒未満であることを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記制御電圧のパルス幅は200〜300p秒であることを特徴とする請求項１３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロ波スイッチに関し、特に吸収性マイクロ波スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
吸収性スイッチは、スイッチの入力、理想出力、反射係数がスイッチの状態に無関係に一定のままであるので、システム設計者にとっては魅力ある部品である。スイッチの入力等が一定であることは、信号源の周波数引き寄せ等のシステムパラメータにおけるスイッチングの効果、或いは極短時間間隔のシステムにおいて問題になり得る他の過渡効果の誘引を低下する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
吸収性スイッチの欠点の一つは、スイッチが非送信状態すなわち分離状態にあるように選択されている場合、いかなる入射エネルギーを吸収するよう入力ネットワークに現れるダミー又は付加的負荷が回路に含まれることである。このダミー負荷は、集積回路（ＩＣ）の設計において貴重な基板空間を占有し、回路コストの増加及び歩留まりの低下に直接変換するおそれがあることである。
【０００４】
このため、ダミー負荷を使用しない吸収性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】
本発明の一実施形態は、分離チャンネルの一部を供給する第１差動増幅器対と、送信チャンネルの一部を供給する第２差動増幅器対と、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供給する第３差動増幅器対を有するスイッチ回路からなる。
【０００６】
本発明の一実施形態はまた、回路の入力及び出力間に分離を提供する方法であって、少なくとも１対の第１差動増幅器を有し、回路の入力及び出力間に分離を提供する第１チャンネルを設ける工程と、少なくとも１対の第２差動増幅器を有し、回路の入力及び出力間に結合を提供する第２チャンネルを設ける工程と、第１チャンネル又は第２チャンネルの一方を選択する制御バイアスを設ける工程とを具備する。
【０００７】
本発明の一実施形態は、500μm×250μmの小寸法でありながら、15〜26ＧHzレンジにわたる入力及び出力間に35dBの分離を提供する吸収性マイクロ波スイッチ回路からなる。24ＧHzは自動車用短距離センサにパルスレーダシステムを提供するために近年使用されてきたので、本発明はこのようなシステムに特に適用できる。スイッチ回路は、送信状態すなわち吸収状態間の入力反射係数において認識できる変化が殆どない。送信状態において、スイッチは14.2ＧHz及び25.5ＧHz間の入力信号に利得を与え、12ＧHzにわたって１dB損失のバンド幅を有する。最後に、定電流バイアススキームの使用により、状態間の超高速スイッチングが可能になり、約60p秒の上昇及び下降時間を有する長さで200p秒のパルスを生成するのにスイッチを使用することができる。バイアス回路を含むスイッチ全体は、＋５V供給源から12mAのみを必要とする。
【０００８】
上述したように、本発明は、5cm及び10m〜30mの間の距離にある物体を検出する必要があり、10cm未満の距離解像度を有することが多い自動車用センサシステムに特に適用できる。これらの要求事項は、（センサから10cmの物体から反射されるパルスの２方向進行時間に対応する）2n秒未満の最小パルス間間隔、及び500p秒未満の要求パルス幅に直接変換される。これら設計的考慮は、高速スイッチングを有する回路を要する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、入力端子Ｖin、出力端子Ｖout及び制御端子Ｖcontrolを有する本発明の典型的な一実施形態に従った吸収性単極単投（ＳＰＳＴ）スイッチ回路１００を示す。このスイッチ回路１００はまた、トランジスタＱ１，Ｑ２を有する第１差動増幅器対１１０、トランジスタＱ３，Ｑ４を有する第１差動増幅器対１２０、及びトランジスタＱ５，Ｑ６を有する第１差動増幅器対１３０を具備する。各トランジスタＱ１〜Ｑ４のコレクタは全て供給電圧Ｖccに結合されている。トランジスタＱ３，Ｑ４は、コレクタ及びＶcc間に結合されたインダクタ１４０，１５０をさらに有する。トランジスタＱ５のコレクタはトランジスタＱ１，Ｑ２のエミッタに結合され、トランジスタＱ６のコレクタはトランジスタＱ３，Ｑ４のエミッタに結合される。トランジスタＱ５，Ｑ６のエミッタは電流源Ｉccに結合されている。
【００１０】
作動の際、トランジスタＱ６は、スイッチ１００の「送信」状態を選択するよう制御信号Ｖcontrolによりバイアスされている。これは、負側（例えば-0.7ボルト）のトランジスタＱ６の接合電圧より高い制御信号Ｖcontrolを供給することにより達成される。「送信」状態において、信号が入る入力端子Ｖinは出力端子Ｖoutに結合されている。トランジスタＱ６のバイアスは次にトランジスタＱ３，Ｑ４をバイアスするので、トランジスタＱ３，Ｑ４の各コレクタで入力端子Ｖinから出力端子Ｖoutまで信号経路を生成する。このため、入力信号は出力に送信される。
【００１１】
或いは、トランジスタＱ５をバイアスすることによりＶcontrolがスイッチ１００の「分離」状態を選択すると、信号が入る入力端子Ｖinは出力端子Ｖoutから切り離される。「送信」状態と同様に、この切り離しは、正側（例えば+0.7ボルト）のトランジスタＱ５の接合電圧より高い制御信号Ｖcontrolを供給することにより達成される。トランジスタＱ５のバイアスは次にトランジスタＱ１，Ｑ２をバイアスするので、入力端子ＶinからトランジスタＱ２，Ｑ３のベース間の中間点まで信号経路を生成する。従って、入力信号は出力から「分離」される。
【００１２】
「送信」状態において、オフにされたときのトランジスタ対Ｑ１，Ｑ２の高入力インピーダンスはＱ３，Ｑ４上の回路負荷を最小にし、回路は標準的差動増幅器として現れ、整合されたときに入力信号に利得を与えることができる。インダクタ１４０，１５０の形態のバイアスチョークは、直流電圧供給源Ｖccをマイクロ波出力信号Ｖoutから分離するために使用される。
【００１３】
「分離」状態において、Ｑ３，Ｑ４により提供される高インピーダンスは、回路への負荷入力が軽い。入力電圧Ｖinは、仮想無線周波数接地に見えるＱ１，Ｑ２に主に変換される。このため、差動対Ｑ１，Ｑ２は理想的な片側増幅器として考えることができる。
【００１４】
スイッチ回路１００はいくつかの利点を提供する。第一に、トランジスタＱ５，Ｑ６に差動印加された制御信号controlにより、送信状態又は分離状態のいずれかの選択が容易になる。さらに、２つの差動増幅器対１１０，１２０間の定電流操作により、２状態間の超高速スイッチングが確保される。というのは、スイッチは大電流密度が決して劣化されないからである。特に、スイッチ回路は、上昇及び下降時間が24ＧHzでおよそ60p秒である、約220p秒のパルス幅を提供する。
【００１５】
スイッチ回路１００は、シリコン・ゲルマニウム（SiGe）工程（例えばAtmel SiGe2basic）等の任意の市場で入手可能なトランジスタベースの半導体工程を使用して実施することができる。
【００１６】
図２は、SiGeで実施された図１のスイッチ回路１００の写真を示す。当業者には理解されるように、スイッチ回路１００は、シリコン・ガリウム・砒素（SiGaAs）又はインジウム・リン（InP）等の他の基板でも同様に実施することができる。図２に示されるように、スイッチ回路はまた、中心周波数24ＧHzで作動するよう設計された一連のインダクタ及び抵抗を具備する入力及び出力整合ネットワーク（図１の理想回路図には図示せず）を有する。第１及び第２の差動増幅器対１１０，１２０は、互いに隣接して配置されると共に入力信号ネットワークに並列に接続される。Ｑ３，Ｑ４のコレクタは出力整合ネットワークに接続されるのに対し、Ｑ１，Ｑ２のコレクタは互いに直接接続されると共にさらに電圧源Ｖccに直接接続される。入力及び出力整合ネットワーク及びバイアス回路を含む、図２に示されるスイッチ回路全体の回路面積は、500μm×250μmである。
【００１７】
図３（Ａ）は、送信状態及び吸収（分離）状態の両状態でのスイッチ回路１００の入力反射係数を示す。ネットワークを流れる電流が一定のままであるので、各状態における反射係数の差は非常に小さい。これは、吸収性条件を与えるよう整合負荷に入力信号を操縦する従来の技法よりも、負荷として差動対Ｑ１，Ｑ２の仮想無線周波数接地を使用することの正当性を立証している。図３（Ｂ）に示される送信状態において、30dBにわたるオン・オフ比は14ＧHz〜28ＧHzにわたって達成され、12ＧHzにわたる１dBの挿入損失バンド幅が測定される。
【００１８】
本発明を典型的な実施形態に関して説明したが、本発明はそれら実施形態に限定されない。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、当業者がする本発明の別の改良及び実施形態も含むよう広く解釈すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の典型的な一実施形態に従ったスイッチ回路を示す図である。
【図２】集積回路として実施された図１のスイッチ回路を示す図である。
【図３】（Ａ）分離状態及び送信状態における図１のスイッチ回路の入力反射係数の、周波数対デシベル応答を示すグラフであり、（Ｂ）スイッチ回路が交互に分離状態及び送信状態となる場合の、図１のスイッチ回路の送信特性の周波数対デシベル応答を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２０】
１１０  第１差動増幅器対
１２０  第２差動増幅器対
１３０  第３差動増幅器対
Ｖin    入力端子
Ｖout  出力端子
Ｖcontrol  制御端子
Ｑ５    第１トランジスタ
Ｑ６    第２トランジスタ
【図１】
2007527650.tif 000003
【図２】
2007527650.tif 000004
【図３】
2007527650.tif 000005
【国際調査報告】
2007527650.tif 000006
2007527650.tif 000007