JP2003078303A

JP2003078303A - スイッチ回路

Info

Publication number: JP2003078303A
Application number: JP2001263903A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Ariga; 光夫有家
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-08-31
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2003-03-14

Abstract

(57)【要約】【課題】整合回路の削減を可能にするスイッチ回路を
提供する。【解決手段】スイッチ手段Ｑ1，Ｑ2のスイッチング動
作に応じて選択ポートである第１ポートＰ_１と第２ポー
トＰ_２が択一的に切り換わって共通ポートＰkと導通状
態になる構成を有する。分岐部Ｘと第１ポートＰ_１間に
おける第１のλ／４伝送線路４_１と、分岐部Ｘと第２ポ
ートＰ_２間における第２のλ／４伝送線路４_２とのうち
の少なくとも一方は、特性インピーダンスをＺ_０とし、
共通ポートＰkのインピーダンスをＺkとし、共通ポート
Ｐkとは反対側に接続される選択ポートのインピーダン
スをＺsとした場合に、Ｚ_０＝√（Ｚk×Ｚs）の関係式
を満たす特性インピーダンスを有する。λ／４伝送線路
４_１，４_２はインピーダンス変換機能を有し、スイッチ
回路１は整合回路としても機能することができるので、
スイッチ回路１を組み込む回路において整合回路の削減
を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＲＦ回路などに組
み込まれるスイッチ回路に関するものである。

【０００２】

【背景技術】図１にはスイッチ回路の一構成例が簡略化
されて示されている。このスイッチ回路１は、共通ポー
トＰkと、選択ポートである第１ポートＰ_１および第２
ポートＰ_２とを有し、共通ポートＰkを第１ポートＰ_１
と第２ポートＰ_２のうちの一方に択一的に切り換え接続
させる構成を備えており、ＳＰＤＴ（Single Pole Doub
le Throw）スイッチとして機能することができるもので
ある。

【０００３】このスイッチ回路１において、第１ポート
Ｐ_１と第２ポートＰ_２を接続させる形態の信号伝送路２
が形成されている。この信号伝送路２の分岐部Ｘには信
号伝送路３が接続され、この信号伝送路３によって分岐
部Ｘと共通ポートＰkが接続されている。また、信号伝
送路２には、分岐部Ｘと第１ポートＰ_１との間の部分
に、第１のλ／４伝送線路４_１が直列に介設され、ま
た、分岐部Ｘと第２ポートＰ_２との間の部分に、第２の
λ／４伝送線路４_２が直列に介設されている。

【０００４】さらに、第１のλ／４伝送線路４_１と第１
ポートＰ_１との間には第１制御用導通路５_１の一端側が
接続されており、この第１制御用導通路５_１の他端側は
スイッチ手段Ｑ1を介してグランドに接地されている。
また、同様に、第２のλ／４伝送線路４_２と第２ポート
Ｐ_２との間には第２制御用導通路５_２の一端側が接続さ
れており、この第２制御用導通路５_２の他端側はスイッ
チ手段Ｑ2を介してグランドに接地されている。

【０００５】スイッチ手段Ｑ1，Ｑ2は、一方側がオン状
態のときには他方側がオフ状態となるように連動してス
イッチング制御が成される。

【０００６】このスイッチング制御により、スイッチ手
段Ｑ1がオン状態となり、スイッチ手段Ｑ2がオフ状態に
なると、第１のλ／４伝送線路４_１が、見かけ上、無限
大のインピーダンスを持つような状態となる。このた
め、共通ポートＰkと第１ポートＰ_１間には信号は導通
せず、共通ポートＰkと第２ポートＰ_２間は信号の導通
が可能な状態となる。

【０００７】同様に、スイッチ手段Ｑ1がオフ状態とな
り、スイッチ手段Ｑ2がオン状態になると、第２のλ／
４伝送線路４_２が、見かけ上、無限大のインピーダンス
を持つような状態となって、共通ポートＰkと第２ポー
トＰ_２間には信号は導通せず、共通ポートＰkと第１ポ
ートＰ_１間は信号の導通が可能な状態となる。

【０００８】このように第１と第２のλ／４伝送線路４
_１，４_２と、スイッチ手段Ｑ1，Ｑ2のスイッチング動作
とによって、このスイッチ回路１では、共通ポートＰk
を第１ポートＰ_１と第２ポートＰ_２に択一的に切り換え
接続させるスイッチ切り換え動作を行う。

【０００９】このスイッチ回路１は、例えば、図７に示
されるような無線機のＲＦ回路１０に組み込まれる。こ
のＲＦ回路１０は、無線機のアンテナ１１と、信号処理
回路（図示せず）との間に介設されており、受信側の回
路と、送信側の回路とを有する。スイッチ回路１は、ア
ンテナ１１を受信側の回路と送信側の回路とのうちの一
方に択一的に切り換え接続させる構成と成す。

【００１０】なお、図７に示す例では、受信側の回路
は、スイッチ回路１から信号処理回路に向かうに従って
順に、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１３と、整合回路
１４と、ＬＮＡ（ローノイズアンプ）１５と、整合回路
１６と、ＢＰＦ１７と、ミキサ１８とが設けられてい
る。送信側の回路は、スイッチ回路１から信号処理回路
に向かうに従って順に、ＢＰＦ２０と、整合回路２１
と、ＰＡ（パワーアンプ）２２と、整合回路２３と、Ｂ
ＰＦ２４と、ミキサ２５とが設けられている。

【００１１】また、図７中の符号２６はＰＬＬ（Phase
Locked Loop）回路を示し、符号２７はＶＣＯ（Voltage
Controlled Oscillator）を示しており、これらＰＬＬ
回路２６とＶＣＯ２７によって、設定の周波数を持つロ
ーカル信号が作り出される。符号２８は、スイッチ手段
を示している。このスイッチ手段２８はスイッチ回路１
と連動してスイッチング動作が制御される。つまり、ス
イッチ回路１によってアンテナ１１が受信側の回路に切
り換え接続されているときには、スイッチ手段２８は受
信側の回路側に切り換えられてローカル信号を受信側の
回路に供給する。また、アンテナ１１が送信側の回路に
切り換え接続されているときには、スイッチ手段２８は
送信側の回路側に切り換えられてローカル信号を送信側
の回路に供給する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、汎用性と利
便性の向上の観点から、回路を構成している様々な部品
は入力インピーダンスと出力インピーダンスが、それぞ
れ、予め定められている共通の値（例えば５０Ω）とな
るように設計されることが非常に多い。スイッチ回路１
も同様であり、共通ポートＰkのインピーダンスＺkと、
第１ポートＰ_１のインピーダンスＺ1と、第２ポートＰ
_２のインピーダンスＺ2とが何れも上記共通値（５０
Ω）となるように設計されることが殆どである。

【００１３】これに対して、半導体素子は素子毎に入力
インピーダンスと出力インピーダンスが定まるものであ
り、半導体素子の入力インピーダンスと出力インピーダ
ンスが上記共通の値となることは殆ど無い。ＬＮＡ（ロ
ーノイズアンプ）やＰＡ（パワーアンプ）は半導体素子
を利用して構成されており、この半導体素子に起因し
て、ＬＮＡやＰＡの入力インピーダンスと出力インピー
ダンスは上記共通値と異なる場合が殆どである。

【００１４】このため、例えば、図７に示されるよう
に、ＬＮＡ１５やＰＡ２２の入力側と出力側にそれぞれ
整合回路１４，１６，２１，２３を設け、これら整合回
路によってＬＮＡ１５、ＰＡ２２の入力インピーダンス
と出力インピーダンスを上記共通値に変換して、他の回
路構成部品との整合を取るようにしている。

【００１５】しかしながら、複数の整合回路を設ける
と、例えば無線機などの装置が大型化するという問題が
生じる。また、整合回路で信号の通過損失が発生するの
で、信号の通過損失が増加するという問題が生じる。

【００１６】この発明は上記課題を解決するために成さ
れたものであり、その目的は、整合回路の削減を図るこ
とができて、装置の小型化と信号の通過損失の低減を容
易にするスイッチ回路を提供することである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は次に示す構成をもって前記課題を解決す
る手段としている。すなわち、第１の発明は、２つの選
択ポートを択一的に切り換えて共通ポートと導通状態に
する構成を備え、前記２つの選択ポートの一方側の第１
ポートと他方側の第２ポートを接続する形態で信号伝送
路が形成され、この信号伝送路の分岐部には共通ポート
に接続する信号伝送路が接続されており、その分岐部と
第１ポートとの間の信号伝送路には第１のλ／４伝送線
路が直列に介設され、また、分岐部と第２ポートとの間
の信号伝送路には第２のλ／４伝送線路が直列に介設さ
れている構成を備えたスイッチ回路であって、第１のλ
／４伝送線路と第２のλ／４伝送線路とのうちの少なく
とも一方は、特性インピーダンスをＺ_０とし、共通ポー
トのインピーダンスをＺkとし、共通ポートとは反対側
に接続される選択ポートのインピーダンスをＺsとした
場合に、Ｚ_０＝√（Ｚk×Ｚs）の関係式を満たす特性イ
ンピーダンスを有することを特徴としている。

【００１８】第２の発明は、第１の発明の構成を備え、
共通ポートは無線機のアンテナに接続され、第１ポート
と第２ポートのうちの一方は無線機の受信側の回路に接
続され、他方側は送信側の回路に接続されており、スイ
ッチ回路は、アンテナを受信側の回路と送信側の回路と
の一方に択一的に切り換え接続させることを特徴として
いる。

【００１９】この発明では、第１のλ／４伝送線路と第
２のλ／４伝送線路とのうちの少なくとも一方は、Ｚ_０
＝√（Ｚk×Ｚs）の関係式を満たす特性インピーダンス
を有しており、インピーダンス変換機能を備えている。
つまり、この発明のスイッチ回路は整合回路としての機
能を有しているものである。

【００２０】したがって、この発明のスイッチ回路を組
み込むことにより、当該スイッチ回路が組み込まれる例
えば無線機などの装置において、整合回路の削減を図る
ことができる。これにより、整合回路を削減した分、装
置の小型化を図ることができるという効果や、信号の通
過損失を低減することができるという効果を得ることが
できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に、この発明に係る実施形態
例を図面に基づいて説明する。

【００２２】この実施形態例のスイッチ回路は、図１の
回路を基本構成として有するものである。なお、図１の
回路構成の説明は前述したので、この実施形態例では、
その重複説明は省略する。

【００２３】この実施形態例では、第１のλ／４伝送線
路４_１および第２のλ／４伝送線路４_２の各特性インピ
ーダンスに特徴がある。

【００２４】すなわち、第１のλ／４伝送線路４_１の特
性インピーダンスをＺ_０１とし、第２のλ／４伝送線路
４_２の特性インピーダンスをＺ_０２とし、選択ポートで
ある第１ポートＰ_１のインピーダンスをＺs1とし、選択
ポートである第２ポートＰ_２のインピーダンスをＺs2と
し、共通ポートＰkのインピーダンスをＺkとした場合
に、第１のλ／４伝送線路４_１は、Ｚ_０１＝√（Ｚk×
Ｚs1）の関係式を満たす特性インピーダンスＺ_０１（つ
まり、共通ポートのインピーダンスＺ_０１と、共通ポー
トの反対側に接続される選択ポートである第１ポートＰ
_１のインピーダンスＺs1とによって定まる特性インピー
ダンスＺ_０１）を持っている。

【００２５】また同様に、第２のλ／４伝送線路４
_２は、Ｚ_０２＝√（Ｚk×Ｚs2）の関係式を満たす特性
インピーダンスＺ_０２を持っている。

【００２６】このような特性インピーダンスを有するこ
とにより、第１のλ／４伝送線路４ _１においては、共通
ポートＰkから第１ポートＰ_１を見たインピーダンスＺk
1が、共通ポートＰkと概略共役の関係を持つインピーダ
ンスになる。また、第１ポートＰ_１から見たインピーダ
ンスＺp1が、第１ポートＰ_１と概略共役の関係を持つイ
ンピーダンスになる。また、第２のλ／４伝送線路４_２
においても同様に、共通ポートＰkから第２ポートＰ_２
を見たインピーダンスＺk2が、共通ポートＰkと概略共
役の関係を持つインピーダンスになり、第２ポートＰ_２
から見たインピーダンスＺp2が、第２ポートＰ_２と概略
共役の関係を持つインピーダンスになる。

【００２７】すなわち、第１のλ／４伝送線路４_１およ
び第２のλ／４伝送線路４_２は、インピーダンス変換機
能を有することとなり、共通ポートＰkのインピーダン
スＺkと、第１ポートＰ_１のインピーダンスＺs1とが異
なっていても、第１のλ／４伝送線路４_１によって、共
通ポートＰkと第１ポートＰ_１の整合を取ることが可能
となる。また同様に、共通ポートＰkのインピーダンス
Ｚkと、第２ポートＰ_２のインピーダンスＺs2とが異な
っていても、第２のλ／４伝送線路４_２によって、共通
ポートＰkと第２ポートＰ_２の整合を取ることが可能と
なる。

【００２８】したがって、この実施形態例に示すスイッ
チ回路１は、整合回路としての機能を持つこととなる。
これにより、このスイッチ回路１の組み込み対象の装置
（例えば通信機）において、整合回路の削減を図ること
が可能となる。

【００２９】例えば、図７に示す無線機の回路におい
て、整合回路１４，２１を省略し、ＢＰＦ１３がＬＮＡ
１５に、また、ＢＰＦ２０がＰＡ２０に、それぞれ、整
合するインピーダンスを持つようにＢＰＦ１３，２０を
設計する。この場合に、ＢＰＦ１３，２０のインピーダ
ンスが、アンテナ１１のインピーダンス（例えば汎用の
特定値（５０Ω））に整合しない状態であっても、この
実施形態例のスイッチ回路１を利用することにより、Ｂ
ＰＦ１３，２０と、アンテナ１１との整合を取ることが
できる。

【００３０】つまり、例えば、スイッチ回路１の共通ポ
ートＰkにアンテナ１１を接続し、第１ポートＰ_１に受
信側の回路を接続し、第２ポートＰ_２に送信側の回路を
接続する構成とし、アンテナ１１に起因した共通ポート
ＰkのインピーダンスをＺ11とし、ＢＰＦ１３に起因し
た第１ポートＰ_１のインピーダンスをＺ13とし、ＢＰＦ
２０に起因した第２ポートＰ_２のインピーダンスをＺ20
とする。この場合に、第１のλ／４伝送線路４_１に、Ｚ
_０１＝√（Ｚ11×Ｚ13）の関係式を満たす特性インピー
ダンスＺ_０１を持たせることにより、ＢＰＦ１３とアン
テナ１１の整合を取ることができる。また、第２のλ／
４伝送線路４_２に、Ｚ_０２＝√（Ｚ11×Ｚ20）の関係式
を満たす特性インピーダンスＺ_０２を持たせることによ
り、ＢＰＦ２０とアンテナ１１の整合を取ることができ
る。

【００３１】このように、スイッチ回路１に整合回路と
しての機能を持たせることにより、スイッチ回路１が組
み込まれる回路において、整合回路を削減することがで
きる。これにより、整合回路を削減できる分、回路の小
型化を図ることができる。また、信号の通過損失の増加
を抑制することができる。

【００３２】ところで、図１の回路を基本構成としたス
イッチ回路１には様々な構成がある。例えば、図２〜図
６にはそれぞれスイッチ回路１の具体例が示されてい
る。

【００３３】図２〜図６の各スイッチ回路１では、スイ
ッチ手段Ｑ1，Ｑ2はＦＥＴ等のトランジスタ素子により
構成されている。これら各スイッチ手段Ｑ1，Ｑ2の制御
端子には、それぞれ、抵抗体Ｒ２，Ｒ３を介して制御信
号入力部Ｙ１，Ｙ２が接続されている。各制御信号入力
部Ｙ１，Ｙ２には例えば通信機の制御回路等のスイッチ
ング制御部（図示せず）が接続される。

【００３４】そのスイッチング制御部から制御信号入力
部Ｙ１，Ｙ２と抵抗体Ｒ２，Ｒ３を通してスイッチ手段
Ｑ1，Ｑ2の各制御端子にそれぞれ別々の制御信号が加え
られることにより、各制御信号に基づいて各スイッチ手
段Ｑ1，Ｑ2がスイッチング動作する構成と成す。それら
制御信号は、スイッチ手段Ｑ1，Ｑ2の一方がオフ状態の
ときには他方がオン状態となるようにスイッチ手段Ｑ
1，Ｑ2を連動的にスイッチング動作させるものである。

【００３５】また、図３〜図６の各スイッチ回路１で
は、信号伝送路２の分岐部Ｘと第１のλ／４伝送線路４
_１との間にスイッチ手段Ｑ3が設けられ、また、信号伝
送路２の分岐部Ｘと第２のλ／４伝送線路４_２との間に
はスイッチ手段Ｑ4が設けられている。これらスイッチ
手段Ｑ3，Ｑ4は、スイッチ手段Ｑ1，Ｑ2と同様に、制御
信号入力部Ｙ３，Ｙ４から抵抗体Ｒ４，Ｒ５を通して加
えられる制御信号に基づいてスイッチング動作を行うも
のである。

【００３６】これら図３〜図６の各スイッチ回路１で
は、スイッチ手段Ｑ1，Ｑ4がオン状態のときにはスイッ
チ手段Ｑ2，Ｑ3がオフ状態となり、スイッチ手段Ｑ1，
Ｑ4がオフ状態のときにはスイッチ手段Ｑ2，Ｑ3がオン
状態となるように、各スイッチ手段Ｑ1，Ｑ2，Ｑ3，Ｑ4
のスイッチング動作が制御される。

【００３７】なお、図２〜図６において、符号Ｃ１〜Ｃ
５はそれぞれコンデンサを示し、符号Ｒ１〜Ｒ５はそれ
ぞれ抵抗体を示し、符号Ｌ１〜Ｌ６はそれぞれインダク
タを示し、ＤはＤＣ電源接続部を示している。

【００３８】もちろん、これら図２〜図６に示されるよ
うな各スイッチ回路１においても、第１のλ／４伝送線
路４_１と第２のλ／４伝送線路４_２が、それぞれ、この
実施形態例において特徴的な特性インピーダンス
Ｚ_０１，Ｚ_０２を有することにより、上記のような効果
を得ることができる。

【００３９】なお、この発明はこの実施形態例に限定さ
れるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例え
ば、この実施形態例では、選択ポートである第１ポート
と第２ポートは両方共に共通ポートＰkのインピーダン
スＺkと異なるインピーダンスを持つ例を示したが、例
えば、第１ポートＰ_１と第２ポートＰ_２のうちの一方側
は、共通ポートＰkのインピーダンスＺkとほぼ等しいイ
ンピーダンスを有し、他方側は、共通ポートＰkのイン
ピーダンスＺkと異なるインピーダンスを有するように
設計してもよい。

【００４０】また、図１の回路を基本構成として持つス
イッチ回路１として、図２〜図６にそれぞれ回路構成の
具体例を示したが、もちろん、この発明は、図２〜図６
の各スイッチ回路１に限定して適用されるものではな
く、図１の回路を基本構成として持つスイッチ回路であ
れば、その他のスイッチ回路にも適用することができる
ものである。

【００４１】さらに、この実施形態例では、アンテナを
受信側の回路と送信側の回路に択一的に切り換え接続さ
せるスイッチ手段として、この実施形態例において特徴
的なスイッチ回路１を利用する例を示したが、もちろ
ん、この実施形態例のスイッチ回路１は他の用途でも使
用することができるものであり、この実施形態例の使用
形態に限定されるものではない。例えば、図７に示すス
イッチ手段２８として、スイッチ回路１を設けてもよ
い。

【００４２】

【発明の効果】この発明によれば、第１のλ／４伝送線
路と第２のλ／４伝送線路のうちの少なくとも一方は、
特性インピーダンスをＺ_０とし、共通ポートのインピー
ダンスをＺkとし、共通ポートとは反対側に接続される
選択ポートのインピーダンスをＺsとした場合に、Ｚ_０
＝√（Ｚk×Zs）の関係式を満たす特性インピーダンス
を有する構成とした。このため、その特性インピーダン
スＺ_０を有する第１あるいは第２のλ／４伝送線路は、
共通ポートから選択ポートを見たインピーダンスが共通
ポートのインピーダンスと概略共役の関係を持つインピ
ーダンスとなり、また、選択ポートから見たインピーダ
ンスがその選択ポートのインピーダンスと概略共役の関
係を持つインピーダンスとなる。

【００４３】これにより、その第１あるいは第２のλ／
４伝送線路はインピーダンス変換機能を有することにな
り、この発明のスイッチ回路は整合回路としての機能を
有することができることとなる。

【００４４】したがって、この発明のスイッチ回路を組
み込む回路において、整合回路の削減を図ることができ
る。これにより、整合回路を削減できる分、スイッチ回
路の組み込み対象の回路の小型化を図ることができる
し、信号の通過損失を低減させることができる。

【００４５】アンテナを受信側の回路と送信側の回路と
の一方に択一的に切り換え接続させるスイッチ回路とし
て、この発明において特徴的なスイッチ回路を利用する
ことにより、上記のように、整合回路の削減を図ること
ができるので、無線機の小型化を促進させることができ
る。また、信号の通過損失を低減できるので、信号の劣
化が防止され信号送受信の感度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明が適用されるスイッチ回路の基本構成
例を示した回路図である。

【図２】この発明が適用されるスイッチ回路の具体例を
示した回路図である。

【図３】さらに、この発明が適用されるスイッチ回路の
その他の具体例を示した回路図である。

【図４】さらに、この発明が適用されるスイッチ回路の
その他の具体例を示した回路図である。

【図５】さらに、この発明が適用されるスイッチ回路の
その他の具体例を示した回路図である。

【図６】さらにまた、この発明が適用されるスイッチ回
路のその他の具体例を示した回路図である。

【図７】スイッチ回路が組み込まれた電気回路の一例を
説明するための図である。

【符号の説明】

１スイッチ回路２，３信号伝送路４_１第１のλ／４伝送線路４_２第２のλ／４伝送線路１１アンテナＰ_１第１ポートＰ_２第２ポートＰk 共通ポートＸ分岐部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２つの選択ポートを択一的に切り換えて
共通ポートと導通状態にする構成を備え、前記２つの選
択ポートの一方側の第１ポートと他方側の第２ポートを
接続する形態で信号伝送路が形成され、この信号伝送路
の分岐部には共通ポートに接続する信号伝送路が接続さ
れており、その分岐部と第１ポートとの間の信号伝送路
には第１のλ／４伝送線路が直列に介設され、また、分
岐部と第２ポートとの間の信号伝送路には第２のλ／４
伝送線路が直列に介設されている構成を備えたスイッチ
回路であって、第１のλ／４伝送線路と第２のλ／４伝
送線路とのうちの少なくとも一方は、特性インピーダン
スをＺ_０とし、共通ポートのインピーダンスをＺkと
し、共通ポートとは反対側に接続される選択ポートのイ
ンピーダンスをＺsとした場合に、Ｚ_０＝√（Ｚk×Ｚ
s）の関係式を満たす特性インピーダンスを有すること
を特徴としたスイッチ回路。
【請求項２】共通ポートは無線機のアンテナに接続さ
れ、第１ポートと第２ポートのうちの一方は無線機の受
信側の回路に接続され、他方側は送信側の回路に接続さ
れており、スイッチ回路は、アンテナを受信側の回路と
送信側の回路との一方に択一的に切り換え接続させるこ
とを特徴とした請求項１記載のスイッチ回路。