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KR101378866B1 - 저전력 ｒｆ 스위치 - Google Patents

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KR101378866B1
KR101378866B1 KR1020120092341A KR20120092341A KR101378866B1 KR 101378866 B1 KR101378866 B1 KR 101378866B1 KR 1020120092341 A KR1020120092341 A KR 1020120092341A KR 20120092341 A KR20120092341 A KR 20120092341A KR 101378866 B1 KR101378866 B1 KR 101378866B1
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transistor
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voltage
switch
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임동구
김범겸
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조영호
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주식회사 하이딥
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Abstract

본 발명은 저전력RF스위치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 구동시에 음전압을 사용하지 않는 저전력RF스위치 및 이를 이용한 스위치 어레이에 관한 것이다.
본 발명은, 하이(high, H)상태 또는 로우(low, L) 상태의 제어신호를 입력받아 일단에서 타단으로 흐르는 신호를 스위칭하는 트랜지스터를 포함하는 스위치부, 트랜지스터의 일단에 일정한 전압이 유지되도록 하는 제1전압유지부 및 트랜지스터의 타단에 일정한 전압이 유지되도록 하는 제2전압유지부를 포함하는 저전력 RF 스위치를 제공하는 것이다. 를 제공하는 것이다.

Description

저전력 ＲＦ 스위치{LOW POWER RF SWITCH}
본 발명은 저전력 RF 스위치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 구동시에 음전압을 사용하지 않는 저전력 RF 스위치에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 저전력 RF 스위치의 일 실시예를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 저전력RF 스위치는 모스펫(MOSFET)과 같은 빠른 응답속도를 갖는 트랜지스터로 구현될 수 있다. 또한, 저전력 RF 스위치는 하나의 트랜지스터뿐만 아니라 여러 개가 직렬로 연결된 적층 트랜지스터로 이루어 질 수도 있다. 트랜지스터(M1)의 일단은 제1단자(11)에 연결되고 타단은 제2단자(12)에 연결되고 제어신호에 따라 트랜지스터(M1)의 온 또는 오프 상태가 결정되어 트랜지스터(M1)가 스위칭 동작을 수행할 수 있도록 한다.
트랜지스터(M1)의 동작을 보다 구체적으로 설명하면, 저전력 RF 스위치의 트랜지스터(M1)가 온(on) 시에 게이트-소스 전압(VGS), 게이트 드레인 전압(VGD)은 양전압(VDD)이며, 바디-소스 전압(VBS), 바디-드레인전압(VBD)은 0V이다. 반면에, 트랜지스터(M1)가 오프(off) 시에 게이트-소스 전압(VGS), 게이트 드레인 전압(VGD)은 음전압(VSS)이며, 바디-소스 전압(VBS), 바디-드레인전압(VBD)도 음전압(VSS)이다.
따라서, 트랜지스터(M1)의 드레인단(D), 소스단(S), 바디단(B)에는 OV(GND) 전압이 인가되고, 게이트단(G)에는 양전압(VDD)이 인가된다. 따라서, 트랜지스터(M1)의 게이트-소스 전압(VGS)과 게이트-드레인 전압(VGD)은 트랜지스터(M1)의 문턱전압(Vth)보다 높은 전압이 되어 트랜지스터(M1)가 온 상태가 된다. 반대로, 트랜지스터(M1)의 드레인단(D) 및 소스단(S)에는 OV(GND)신호가 인가되고, 게이트단(G)과 바디단(B)에는 음전압(VSS)이 인가된다. 따라서, 트랜지스터(M1)의 게이트-소스 전압(VGS)과 게이트-드레인 전압(VGD)은 트랜지스터(M1)의 문턱전압(Vth)보다 낮은 전압이 되어 트랜지스터(M1)가 오프 상태가 된다.
상기와 같은 이유로, 일반적인 저전력 RF 스위치는 안정적인 온/오프 동작을 수행하기 위해 양전압(VDD)와 음전압(VSS)을 필요로 한다.
도 2는 음전압 발생기가 채용된 일반적인 저전력RF 스위치를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 저전력RF 스위치는 트랜지스터(M1,M2)에 음전압(VSS)을 인가하는 음전압 발생기(20)를 포함한다. 음전압 발생기(20)는 신호를 발진시키는 발진기(21), 발진기(21)의 발진신호를 입력받아 클럭신호를 발생시키는 클럭발생기(22), 클럭발생기(22)의 출력에 따라 음전압을 생성하는 음전압 차지펌프(23)를 포함한다. 그리고, 음전압 차지펌프(23)에서 생성된 음전압은 저전력 RF 스위치의 트랜지스터(M1,M2)의 게이트단 또는 바디단(B)에 인가된다. 저전력 RF 스위치에 음전압을 인가하기 위해 음전압 발생기(20)를 추가적으로 구비하면 발진기(21), 차지 펌프(22) 등에서 발생하는 스위칭 노이즈에 의한 영향을 받는 문제점이 있다. 또한, 음전압 발생기(20)에서 전력을 소비하게 되므로 소비전력면에서 불리하며, 음전압 발생기(20)로 인해 초소형 회로를 구현함에 있어 장애가 되는 문제점이 있다.
미국공개특허 US2011/0002080(2011. 1. 6 공개)
본 발명의 목적은 음전압을 사용하지 않는 저전력 RF 스위치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1측면은, 접지 전압보다 높은 전압을 갖는 제어신호에 대응하여 일단과 타단 사이에 흐르는 신호를 스위칭하는 스위치부, 스위치부의 상기 일단에 일정한 전압이 유지되도록 하는 제1전압유지부, 및 스위치부의 상기 타단에 일정한 전압이 유지되도록 하는 제2전압유지부를 포함하는 저전력 RF 스위치를 제공하는 것이다.
부가적으로, 제어신호의 전압은 하이(high, H)상태 또는 로우(low, L) 상태로 전달되는 저전력 RF 스위치를 제공하는 것이다.
부가적으로, 소스단(S)과 드레인단(D)에 입력되는 제어신호는 게이트단(G)에 입력되는 제어신호가 인버팅된 제어신호인 저전력 RF 스위치를 제공하는 것이다.
부가적으로, 스위치부는 적어도 제1및 제2트랜지스터를 포함하며, 제1및 제2트랜지스터는 상기 제1전압유지부와 제2전압유지부 사이에 연결되고 상기 제1트랜지스터의 소스단(S)은 제2 트랜지스터의 드레인단(D)에 연결되는 저전력 RF 스위치를 제공하는 것이다.
부가적으로, 제1전압유지부는 제1캐패시터를 포함하며, 제1 캐패시터는 일단이 스위치부의 일단에 연결되어 스위치부의 일단에 인가되는 전압이 유지되도록 하고, 제2전압유지부는 제2캐패시터를 포함하며, 제2캐패시터는 일단이 스위치부의 타단에 연결되어 스위치부의 타단에 인가되는 전압이 유지되도록 하는 저전력 RF 스위치를 제공하는 것이다.
부가적으로, 제1전압유지부는 제1트랜지스터와 제1캐패시터를 포함하되, 상기 제1트랜지스터의 드레인단(D)은 상기 입력단에 연결되고 소스단(S)은 스위치부의 일단에 연결되고 게이트단(G)은 제어신호가 입력되는 입력단에 연결되고 바디단(B)은 로우(L) 상태의 제어신호가 입력되는 입력단에 연결되고, 제1캐패시터는 제1트랜지스터의 드레인단(D)과 소스단(S) 사이에 연결되고, 제1전압유지부는 제2트랜지스터와 제2캐패시터를 포함하되, 제2트랜지스터의 드레인단(S)은 스위치부의 일단에 연결되고 소스단(D)은 출력단에 연결되고 게이트단(G)은 제어신호가 입력되는 입력단에 연결되고 바디단(B)은 로우(L) 상태의 제어신호가 입력되는 입력단에 연결되고, 제2캐패시터는 제2트랜지스터의 드레인단(D)과 소스단(S) 사이에 연결되는 저전력 RF 스위치를 제공하는 것이다.
부가적으로, 제1전압유지부는 드레인단(D)이 제1신호가 입력되는 입력단과 연결되고 소스단(S)이 스위치부의 일단에 연결되는 제1트랜지스터와 제1트랜지스터의 드레인단(D)과 게이트단(S)에 연결되는 제1캐패시터와 드레인단(D)과 바디단(B)에 연결되는 제2캐패시터를 더 포함하고, 제2전압유지부는 드레인단(D)이 스위치부의 일단에 연결되고 소스단(S)이 제2신호가 입력되는 입력단과 연결되는 제2트랜지스터와 제2트랜지스터의 드레인단과 게이트단에 연결되는 제3캐패시터와 드레인단과 바디단(B)에 연결되는 제4캐패시터를 더 포함하는 저전력 RF 스위치를 제공하는 것이다.
부가적으로, 제1트랜지스터의 소스단(S)과 게이트단(G)에 연결되는 제5캐패시터와 소스단(S)과 바디단(B)에 연결되는 제6캐패시터와, 제2트랜지스터의 소스단(S)과 게이트단(G)에 연결되는 제7캐패시터와 소스단(S)과 바디단(B)에 연결되는 제8캐패시터를 포함하는 저전력 RF 스위치를 제공하는 것이다.
부가적으로, 트랜지스터의 게이트단(G)과 게이트(G)단에 입력되는 상기 제어신호를 입력하는 입력단 사이에 저항이 직렬로 연결되고, 바디단(B)과 바디단(B)에 입력되는 상기 제어신호를 입력하는 입력단 사이에 저항이 직렬로 연결된 저전력 RF 스위치를 제공하는 것이다.
부가적으로, 트랜지스터의 드레인단과 드레인단에 입력되는 제어신호를 입력하는 입력단 사이에 저항이 연결되고, 소스단과 소스단에 입력되는 제어신호 신호를 입력하는 입력단 사이에 저항이 직렬로 연결된 저전력 RF 스위치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 저전력 RF 스위치에 의하면, 음전압을 이용하지 않기 때문에 음전압 발생기 등의 구성요소를 생략할 수 있어, 초소형으로 제작할 수 있다. 또한, 음전압 발생기가 존재하지 않음으로 인해 소비전력을 저감할 수 있고 스위칭 노이즈를 줄일 수 있다.
도 1은 일반적인 저전력 RF 스위치의 일 실시예를 나타낸다.
도 2는 음전압 발생기가 채용된 일반적인 저전력RF 스위치를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저전력 RF 스위치를 나타낸다.
도 4는 도 3에 도시된 스위치부의 일 실시예를 나타낸다.
도 5는 도 3에 도시된 스위치부의 다른 일 실시예를 나타낸다.
도 6은 도 3에 도시된 저전력 RF 스위치 회로의 일 실시예를 나타내다.
도 7은 도 3에 도시된 저전력 RF 스위치 회로의 다른 일 실시예를 나타내다.
도 8은 도 3에 도시된 저전력 RF 스위치 회로의 다른 일 실시예를 나타내다.
도 9는 도 3에 도시된 저전력 RF 스위치 회로의 다른 일 실시예를 나타낸다.
본 발명의 실시예에 따른 저전력 RF 스위치를 설명하기에 앞서, 트랜지스터에 인가되는 전압 신호와 관련하여 트랜지스터가 온(on)일 때 인가되는 양의 전압을 VDD라고 하면, 하이(high, H)신호는 약 VDD/2 이상 VDD 이하의 신호를 의미하며, 로우(low, L)신호는 접지 신호인 0V 이상 약 VDD/2 미만의 신호를 의미한다. 또한, 음의 전압은 VDD전압과 극성인 반대의 전압을 의미한다. 상기 트랜지스터에 인가되는 전압 신호를 하이(H)신호와 로우(L)신호로 나누는 기준은 반드시 고정될 필요는 없으며, 인가되는 양의 전압 VDD의 크기 또는 트랜지스터의 특성 등 본 발명의 실시예에 따른 저전력 RF 스위치의 구현환경에 따라 달라질 수 있다.
이하, 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 저전력 RF 스위치를 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저전력 RF 스위치를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 저전력 RF 스위치(300)는 접지 전압보다 높은 전압을 갖는 제어신호에 대응하여 일단과 타단 사이에 흐르는 신호를 스위칭하는 스위치부 스위치부(310), 스위치부(310)의 일단에 일정한 전압이 유지되도록 하는 제1전압유지부(320), 스위치부(310)의 타단에 일정한 전압이 유지되도록 하는 제2전압유지부(330)를 포함한다.
스위치부(310)는 입력되는 제어신호에 대응하여 스위칭 동작을 수행한다. 제어신호는 스위치부(310)가 온 시에는 양전압(VDD)이고 스위치부(310)가 오프 시에는 GND이다. 제1전압유지부(320)는 스위치부(310)의 일단의 인가되는 소정의 전압이 유지되도록 하고 제2전압유지부(330)는 스위치부(310)의 타단에 인가되는 소정의 전압이 유지되도록 한다. 제어신호는 일례로 하이(high, H)상태 또는 로우(low, L) 상태의 전압으로 전달된다. 그리고, 스위치부(310)는 하이 상태 또는 로우 상태의 제어신호의 전압에 대응하여 온오프 동작을 수행한다.
제1전압유지부(320) 및 제2전압유지부(330)는 각각 스위치부(310)가 온 상태일 때 GND를 전달받고 스위치부(310)가 오프 상태일 때 양전압(VDD)을 전달받는다. 따라서, 스위치부(310)의 일단과 타단은 스위치부(310)의 온/오프 동작에 대응하여 제1전압유지부(310) 및 제2전압유지부(310)로부터 양전압(VDD) 또는 GND를 전달받는다.
보다 구체적으로 설명하면, 제1전압유지부(320)와 제2전압유지부(330)는 스위치부(310)가 온 상태일 동안 GND를 스위치부(310)의 일단과 타단에 전달하고 스위치부(310)가 오프 상태일 동안 양전압(VDD)을 스위치부(310)의 일단과 타단에 전달되도록 한다. 이때, 제1전압유지부(320) 및 제2전압유지부(330)는 스위치부(310)의 일단과 타단에 전달되는 전압이 흔들리지 않고 유지될 수 있도록 한다.
도 4는 도 3에 도시된 스위치부의 일 실시예를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 스위치부(310)는 제1 단자(411)와 제2 단자(412) 사이에 위치하고 제1 단자(411)와 제2 단자(412) 사이 연결을 온/오프 시키는 트랜지스터(M4)를 포함한다. 즉, 트랜지스터(M4)는 일단이 제1 단자(411)에 연결되고 타단은 제2단자(412)에 연결되며 게이트단은 제어신호를 입력받는다. 즉, 트랜지스터(M4)는 드레인단(D)이 제1단자(411)에 연결되고, 소스단(S)이 제2 단자(412)에 연결될 수 있다. 트랜지스터(M4)의 특성상 제1 단자(411)와 제2 단자(412) 사이에서 트랜지스터(M4)의 연결은 반대로 될 수 있다. 그리고, 바디단(B)은 접지에 연결된다. 제1 단자(411)는 부하와 연결되는 부하단이 될 수 있으며, 제2 단자(412)는 그라운드와 연결되어 접지될 수 있다. 다른 실시예로, 제1 단자(411)는 제1신호가 인가되는RF 입력포트에 연결되는 RF+단자가 되고, 제2 단자(412)는 제2신호가 인가되는RF 출력포트에 연결되는 RF-단자가 될 수도 있다. 이 외에도 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 형태의 단자로 사용될 수 있다.
먼저, 트랜지스터(M4)가 온(on)일 경우에는, 트랜지스터(M4)의 게이트단(G)에 하이(H)신호가 인가되고, 드레인단(D), 소스단(S) 및 바디단(B)은 로우(L)신호가 인가된다. 그러나, 트랜지스터(M4)가 오프(off)일 경우에는 트랜지스터(M4)의 게이트단(G) 및 바디단(B)단은 로우(L)신호가 인가되고, 드레인단(D) 및 소스단(S)에는 하이(H)신호가 인가된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 트랜지스터(M4)의 동작은 게이트단(G)과 드레인단(D) 간의 전위차인 게이트-드레인 전압(VGD), 게이트단(G)과 소스단(S) 간의 전위차인 게이트-소스 전압(VGS), 바디단(B)과 드레인단(D) 간의 전위차인 바디-드레인 전압(VBD), 바디단(B)과 소스단(S) 간의 전위차인 바디-소스 전압(VBS)에 의하여 정하여 진다.
도 1과 도 4를 참조하면, 종래의 트랜지스터(M1)와 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜지스터(M4)는 온(on) 인 경우에는 각 단에 인가되는 전압이 동일하므로 동작도 동일하다. 반면에 오프(off)인 경우에는 각 단에 인가되는 전압이 상이하다. 그러나, 오프(off)일 때의 게이트-드레인 전압(VGD)과 게이트-소스 전압(VGS)은 음의 값인 VSS로 동일하고, 바디-드레인 전압(VBD) 및 바디-소스 전압(VBS)도 음의 값인 VSS로 동일하다. 결국, 트랜지스터의 동작은 동일하다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 저전력 RF 스위치의 트랜지스터(M4) 각 단에 인가되는 전압은 종래의 트랜지스터(M1)에 인가되는 각 단에 인가되는 전압과 다름에도 불구하고, 각 단자간의 전위차가 같으므로 동일한 동작을 하게 된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 저전력 RF 스위치는 음전압을 사용하지 않으면서 음전압을 사용하는 일반적인 저전력 RF 스위치와 동일한 파워 핸들링 능력과 선형성을 유지할 수 있다.
도 5는 도 3에 도시된 스위치부의 다른 일 실시예를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 저전력 RF 스위치는 제1 단자(511)와 제2 단자(512) 사이에 위치하는 스위칭 동작을 수행하는 트랜지스터(M5)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 저전력 RF 스위치의 트랜지스터(M5)의 온/오프는 음전압을 이용하지 않고, 로우(L)신호와 하이(H)신호에 의하여 이루어진다. 즉, 트랜지스터(M5)의 게이트단(G)에 인가되는 신호를 변환하여 변환된 신호를 트랜지스터(M5)의 드레인단(D)과 소스단(S)에 인가한다.
본 발명의 실시예에 따른 저전력 RF 스위치의 트랜지스터(M5)의 온/오프는 음전압을 이용하지 않고, 접지신호와 양의 전압신호로 전달되는 제1제어신호와 제2제어신호에 의해 이루어진다. 이를 위하여, 저전력 RF 스위치는 트랜지스터(M5)의 드레인단(D) 및 소스단(S)에 인가되는 제1제어신호를 이용하여 제2제어신호를 생성하기 위한 변환부(500)를 더 포함할 수 있다. 변환부(500)는 트랜지스터(M5)의 게이트단(G)에 인가되는 제1제어신호의 입력을 변환하여 제2제어신호를 생성하고 생성된 제2제어신호를 트랜지스터(M5)의 드레인단(D)과 소스단(S)에 인가한다.
트랜지스터(M5)의 바디단(B)과 게이트단(G)에는 각각 제1저항(R1)과 제2저항(R2)이 직렬로 연결될 수 있고 드레인단(D)과 소스단(S)은 변환부(500)와의 사이에 제3 저항(R3)과 제4 저항(R4)이 연결될 수 있다. 제1저항(R1)은 바디단(B)에 연결된 로우 신호 입력단으로 전류가 흐르도록 하는 것을 방지한다.
제2저항(R2), 제3 저항(R3) 및 제4 저항(R4)은 트랜지스터(M5)가 안정적으로 동작할 수 있도록 한다. 만약, 드레인단(D)에 +3V에서 -3V 사이에서 스윙하는 교류 신호가 전달되고 게이트단(G)에 +3V의 하이 신호가 전달되면, 드레인단(D)에는 교류 전압이 전달되기 때문에 전압의 크기가 실시간으로 변하는 반면 게이트전압은 하이 신호로 고정이 된다. 이렇게 드레인단(D)의 전압이 변하게 되면 드레인단(D)의 전압과 게이트단(G)의 전압차이가 트랜지스터(M5)의 문턱전압보다 작게 될 수 있다. 예를 들어 드레인단(D)에 +3V의 전압이 전달되고 게이트 단(G)에 +3V의 전압이 전달되면, 드레인단(D)과 게이트단(G) 간의 전압차이는 0V가 되어 트랜지스터(M5)의 문턱전압보다 작아 트랜지스터(M5)는 오프 상태가 된다. 하지만, 게이트단(G)에 제2저항(R2)이 연결되어 있으면, 트랜지스터(M5)의 소스단(S)과 게이트단(G), 게이트단(G)과 드레인단(D)에 캐패시터가 형성되고 형성된 캐패시터의 커플링 동작에 의해 소스단(S)과 게이트단(G), 게이트단(G)과 드레인단(D) 간에 전압이 일정하게 유지된다. 따라서, 게이트단(G)으로 하이 신호가 입력되고 드레인단(D)에 입력되는 교류가 +3V에서 -3V 사이의 전압을 스윙하더라도 소스단(S)과 게이트단(D), 게이트단(G)과 드레인단(S) 사이의 전압이 일정하게 유지되어 트랜지스터(M5)가 온 상태를 유지하게 된다.
그리고, 트랜지스터(M5)가 오프 상태일 때도 동일한 과정에 의해 오프 상태가 유지될 수 있도록 한다. 또한, 트랜지스터(M5)의 소스단(S)과 드레인단(D)에 제1제어신호와 제2제어신호에 의해 하이 또는 로우 신호가 전달될 때, 제3저항(R3)과 제4저항(R4)이 연결되어 있지 않으면 소스단(S)과 드레인단(D)의 전압은 제1제어신호와 제2제어신호에 의해 하이 또는 로우 신호의 전압으로 고정된다. 즉, 드레인단(D)을 통해 외부에서 전압이 전달되더라도 제1제어신호와 제2제어신호에 의해 드레인단(D)의 전압은 하이 또는 로우가 된다. 따라서, 제1단자(511)을 통해 교류 신호가 인가되더라도 트랜지스터(M5)의 드레인단(D)의 전압은 제1제어신호와 제2제어신호에 의해 하이 또는 로우가 된다. 이를 방지하기 위해, 소스단(S)과 드레인단(D)에 각각 제3저항(R3)와 제4저항(R4)을 연결한다. 제1제어신호와 제2제어신호가 제3저항(R3)와 제4저항(R4)을 통해 소스단(S)과 드레인단(D)에 연결되면, 소스단(S)과 드레인단(D)는 제3저항(R3)와 제4저항(R4)에 의해 제1제어신호와 제2제어신호가 곧바로 전달되지 않아 제1단자(511)을 통해 교류전압이 전달되면 소스단(S)과 드레인단(D)에는 교류전압이 나타나게 된다.
또한, 제2저항(R2), 제3항(R3) 및 제4 저항(R4)은 변환부(500)로부터 전류가 게이트단(G), 드레인단(D) 및 소스단(S)에 흘러 들어가는 것을 방지하는 역할을 수행할 수 있다.
변환부(500)는 상기 트랜지스터(M5) 각각의 드레인단(D) 및 소스단(S)에 인가되는 전압을 게이트단(G)에 인가되는 전압과 상반되도록 변환시킨다. 상기 변환부(500)는 입력되는 제어신호를 변환할 수 있는 인버터 등이 사용될 수 있다.
지금부터 저전력 RF 스위치에서 변환부(500)에 의하여 트랜지스터(M5)에 인가되는 전압에 의해 트랜지스터(M5)의 온/오프 제어하는 방법에 대해 설명한다.
먼저 온(on) 상태에서의 동작을 설명한다. 외부의 제1제어신호는 트랜지스터(M5) 각각의 게이트단(G)에 인가된다. 또한, 상기 제1제어신호는 변환부(500)에 의하여 제2제어신호로 변환되어 트랜지스터(M5)의 드레인단(D)과 소스단(S)에 인가된다. 즉, 제1제어신호가 온(on) 신호라고 하면, 트랜지스터(M5)의 게이트단(G)에는 하이(H)신호가 인가되고, 제1제어신호가 변환된 제2제어신호에 의해 드레인단(D)과 소스단(S)에는 로우(L)신호 인가된다. 따라서, 게이트-소스전압(VGS) 및 게이트-드레인전압(VGD)은 양의 값이 되어, 트랜지스터(M5)가 온(on) 된다.
다음으로, 오프(off) 상태에서의 동작을 설명한다. 외부에서 제1제어신호로 오프(off)신호가 인가되면, 트랜지스터(M5)의 게이트단(G)에는 로우(L)신호가 인가되고, 제1제어신호가 변환된 제2제어신호에 의해 드레인단(D)과 소스단(S)에는 하이(H)신호가 인가된다. 이 때, 게이트-소스전압(VGS) 및 게이트-드레인전압(VGD)은 음의 값이 되므로, 트랜지스터(M5)는 오프(off)상태가 된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 트랜지스터(M5)의 바디단(B)은 온/오프 상태에서 로우(L)신호가 인가된다.
도 6은 도 3에 도시된 저전력 RF 스위치 회로의 일 실시예를 나타내다.
도6을 참조하면, 저전력 RF 스위치(600)는 스위치부(610), 제1전압유지부(620), 제2전압유지부(630)를 포함한다.
스위치부(610)는 복수의 트랜지스터가 직렬로 연결된 적층구조로 되어 있다. 또한, 각 트랜지스터의 게이트단과 바디단(B)에 저항이 직렬로 연결되어 있고 소스단과 드레인단에도 각각 저항이 연결되어 있다. 저항의 역할은 상기의 도 5의 설명에 기재되어 있다. 그리고, 스위치부(610)의 각 트랜지스터들의 게이트에는 제1제어신호가 전달되고 스위치부(610)의 각각의 트랜지스터의 드레인단에는 각각 제2제어신호가 전달된다.
제1전압유지부(620)는 제1캐패시터(C11)를 포함한다. 제1캐패시터(C11)는 일단이 제1노드(N11)에 연결되고 타단은 부하단에 연결된다. 또한, 제1노드(N11)은 저항이 연결되어 저항을 통해 제2제어신호를 입력받는다. 제2전압유지부(630)는 제2캐패시터(C12)를 포함한다. 제2캐패시터(C12)는 일단이 제2노드(N12)에 연결되고 타단은 부하단에 연결된다. 또한, 제2노드(N12)는 저항이 연결되어 저항을 통해 제2제어신호를 입력받는다.
제1전압유지부(620)와 제2전압유지부(630)의 제1캐패시터(C11) 및 제2캐패시터(C12)는 각각 로우 신호 또는 하이 신호로 전달되는 제2제어신호의 전압이 유지될 수 있도록 함으로써, 스위치부(610)가 안정적으로 동작할 수 있도록 한다.
도 7은 도 3에 도시된 저전력 RF 스위치 회로의 다른 일 실시예를 나타내다.
도 7을 참조하면, 저전력 RF 스위치(700)는 스위치부(710), 제1전압유지부(720), 제2전압유지부(730)를 포함한다.
스위치부(710)는 복수의 트랜지스터가 직렬로 연결된 적층구조로 되어 있다. 또한, 각 트랜지스터의 게이트단과 바디단(B)에 저항이 직렬로 연결되어 있고 소스단과 드레인단에도 각각 저항이 연결되어 있다. 저항의 역할은 상기의 도 5의 설명에 기재되어 있다. 그리고, 스위치부(710)의 각 트랜지스터들의 게이트에는 제1제어신호가 전달되고 스위치부(710)의 각각의 트랜지스터의 드레인단에는 각각 제2제어신호가 전달된다.
제1전압유지부(720)는 제1트랜지스터(M21)와 제1캐패시터(C21)를 포함한다. 제1트랜지스터(M21)의 일단은 제1노드(N21)에 연결되어 제1신호가 입력되는 입력단(RF+)과 저항을 통해 접지에 연결되고 제1트랜지스터(M21)의 타단은 스위치부(710)의 일단에 연결된다. 또한, 제1트랜지스터(M21)의 게이트단은 제1제어신호를 입력받고 바디단은 접지에 연결된다. 이때, 제1노드(N21)와 접지 사이에는 저항이 연결되어 제1노드(N21)에 흐르는 전류가 접지로 흐르는 것을 방지한다. 또한, 제1트랜지스터(M21)의 소스단과 드레인단 사이에 제1캐패시터(C21)가 연결된다.
제2전압유지부(730)는 제2트랜지스터(M22)와 제2캐패시터(C22)를 포함한다. 제2트랜지스터(M22)의 일단은 제2노드(N22)에 연결되어 제2신호가 입력되는 입력단(RF-)과 저항을 통해 접지에 연결되고 제2트랜지스터(M22)의 타단은 스위치부(710)의 일단에 연결된다. 또한, 제2트랜지스터(M22)의 게이트단은 제1제어신호를 입력받고 바디단은 접지에 연결된다. 이때, 제2노드(N22)와 접지 사이에는 저항이 연결되어 제2노드(N22)에 흐르는 전류가 접지로 흐르는 것을 방지한다. 또한, 제2트랜지스터(M22)의 소스단과 드레인단 사이에 제2캐패시터(C22)가 연결된다.
제1캐패시터(C21)와 제2캐패시터(C22)는 제1노드(N21)와 제1트랜지스터(M21)의 드레인단 간의 전압 또는 제2노드(N22)와 제2트랜지스터(M22)의 드레인단 간의 전압이 일정하게 유지되도록 함으로써, 제1트랜지스터(M21)와 제2트랜지스터(M22)가 오프 상태일 때 제1트랜지스터(M21) 및 제2트랜지스터(M22)의 소스단과 제1트랜지스터(M21) 및 제2트랜지스터(M22)의 드레인단 간의 전압차이로 인해 브레이크다운(break down)현상이 발생하는 것을 방지한다. 그리고, 제1트랜지스터(M21)와 제2트랜지스터(M22)의 게이트단은 저항이 직렬로 연결되어 저항을 통해 제1제어신호를 입력받는다.
제1전압유지부(720)와 제2전압유지부(730)는 제1캐패시터(C21) 및 제2캐패시터(C22)를 이용하여 제1트랜지스터(M21) 및 제2트랜지스터(M22)의 소스단과 드레인단 사이의 전압이 유지될 수 있도록 함으로써, 각각 로우 신호 또는 하이 신호로 전달되는 제2제어신호의 전압이 유지될 수 있도록 한다. 이로 인해, 스위치부(710)가 안정적으로 동작할 수 있게 된다.
도 8은 도 3에 도시된 저전력 RF 스위치 회로의 다른 일 실시예를 나타내다.
도 8을 참조하면, 저전력 RF 스위치(800)는 스위치부(710), 제1전압유지부(820), 제2전압유지부(830)를 포함한다.
스위치부(810)는 복수의 트랜지스터가 직렬로 연결된 적층구조로 되어 있다. 또한, 각 트랜지스터의 게이트단과 바디단(B)에 저항이 직렬로 연결되어 있고 소스단과 드레인단에도 각각 저항이 연결되어 있다. 저항의 역할은 상기의 도 5의 설명에 기재되어 있다. 그리고, 스위치부(810)의 각 트랜지스터들의 게이트에는 제1제어신호가 전달되고 스위치부(820)의 각각의 트랜지스터의 드레인단에는 각각 제2제어신호가 전달된다.
제1전압유지부(820)는 제1트랜지스터(M31), 제1캐패시터(C31) 및 제2캐패시터(C32)를 포함한다. 제1트랜지스터(M31)의 일단은 제1노드(M31)에 연결되어 제1신호가 입력되는 입력단(RF+)과 저항을 통해 접지에 연결되고 제1트랜지스터(M31)의 타단은 스위치부(810)의 일단에 연결된다. 또한, 제1트랜지스터(M31)의 게이트단은 제1제어신호를 입력받고 바디단은 접지에 연결된다. 이때, 제1노드(N31)와 접지 사이에는 저항이 연결되어 스위칭부(810)의 온 시에 제1노드(N31)에 흐르는 전류가 접지로 흐르는 것을 방지한다. 또한, 제1트랜지스터(M31)의 드레인단과 게이트단 사이에 제1캐패시터(C31)가 연결되고 드레인단과 바디단 사이에 제2캐패시터(C32)가 연결된다.
제2전압유지부(830)는 제2트랜지스터(M32), 제3캐패시터(C33) 및 제4캐패시터(C34)를 포함한다. 제2트랜지스터(M32)의 일단은 제2노드(N32)에 연결되어 제2신호가 입력되는 입력단(RF-)과 저항을 통해 접지에 연결되고 제2트랜지스터(M32)의 타단은 스위치부(810)의 일단에 연결된다. 또한, 제2트랜지스터(M32)의 게이트단은 제1제어신호를 입력받고 바디단은 접지에 연결된다. 이때, 2노드(N32)와 접지 사이에는 저항이 연결되어 스위칭부(810)이 온시에 제2노드(N32)에 흐르는 전류가 접지로 흐르는 것을 방지한다. 또한, 제2트랜지스터(M32)의 드레인단과 게이트단 사이에 제3캐패시터(C33)가 연결되고 드레인단과 바디단 사이에 제4캐패시터(C34)가 연결된다.
제1캐패시터(C31)와 제3캐패시터(C33)는 제1트랜지스터(M31)와 제2트랜지스터(M32)의 드레인단과 게이트단 사이의 전압이 유지되도록 하고 제2캐패시터(C32)와 제4캐패시터(C34)는 제1트랜지스터(M31)와 제2트랜지스터(M32)의 드레인단과 바디단 사이의 전압이 유지되도록 함으로써, 제1트랜지스터(M31)와 제2트랜지스터(M32)가 온/오프 상태가 확실하게 유지될 수 있도록 한다. 그리고 제1트랜지스터(M31)와 제2트랜지스터(M32)의 게이트단은 저항이 직렬로 연결되어 저항을 통해 제1제어신호를 입력받는다.
제1전압유지부(820)와 제2전압유지부(830)는 제1캐패시터 내지 제4캐패시터(C31 내지 C34)를 이용하여 각각 로우 신호 또는 하이 신호로 전달되는 제2제어신호의 전압이 유지될 수 있도록 함으로써, 스위치부(810)가 안정적으로 동작할 수 있도록 한다.
도 9는 도 3에 도시된 저전력 RF 스위치 회로의 다른 일 실시예를 나타낸다.
도 9를 참조하면, 저전력 RF 스위치(900)는 스위치부(910), 제1전압유지부(920), 제2전압유지부(930)를 포함한다. 스위치부(910)는 복수의 트랜지스터가 직렬로 연결된 적층구조로 되어 있다. 또한, 각 트랜지스터의 게이트단과 바디단(B)에 저항이 직렬로 연결되어 있고 소스단과 드레인단에도 각각 저항이 연결되어 있다. 저항의 역할은 상기의 도 5의 설명에 기재되어 있다. 그리고, 스위치부(910)의 각 트랜지스터들의 게이트에는 제1제어신호가 전달되고 스위치부(910)의 각각의 트랜지스터의 드레인단에는 각각 제2제어신호가 전달된다.
제1전압유지부(920)는 제1트랜지스터(M41), 제1캐패시터 내지 제4캐패시터(C41,C42,C45,C46)를 포함한다. 제1트랜지스터(M41)의 일단은 제1노드(N41)에 연결되어 제1신호가 입력되는 입력단(RF+)과 저항을 통해 접지에 연결된다. 그리고, 제1트랜지스터(M41)의 타단은 스위치부(910)의 일단에 연결된다. 또한, 제1트랜지스터(M41)의 게이트단은 제1제어신호를 입력받고 바디단은 접지에 연결된다. 이때, 제1노드(N41)와 접지 사이에는 저항이 연결되어 제1노드(N41)에 흐르는 전류가 접지로 흐르는 것을 방지한다. 또한, 제1트랜지스터(M41)의 드레인단과 게이트단 사이에 제1캐패시터(C41)가 연결되고 드레인단과 바디단 사이에 제2캐패시터(C42)가 연결된다. 그리고, 제1트랜지스터(M41)의 소스단과 게이트단 사이에 제3캐패시터(C45)가 연결되고 소스단과 바디단 사이에 제4캐패시터(C46)가 연결된다.
제2전압유지부(930)는 제2트랜지스터(M42), 제5캐패시터 내지 제8캐패시터(C43,C44,C47,C48)를 포함한다. 제2트랜지스터(M42)의 일단은 제2노드(N42)에 연결되어 제2신호가 입력되는 입력단(RF-)과 저항을 통해 접지에 연결된다. 그리고, 제2트랜지스터(M42)의 타단은 스위치부(910)의 일단에 연결된다. 또한, 제2트랜지스터(M42)의 게이트단은 제1제어신호를 입력받고 바디단은 접지에 연결된다. 이때, 제1노드(N41)와 접지 사이에는 저항이 연결되어 제1노드(N41)에 흐르는 전류가 접지로 흐르는 것을 방지한다. 또한, 제2트랜지스터(M42)의 드레인단과 게이트단 사이에 제5캐패시터(C43)가 연결되고 드레인단과 바디단 사이에 제6캐패시터(C44)가 연결된다. 그리고, 제2트랜지스터(M42)의 소스단과 게이트단 사이에 제7캐패시터(C47)가 연결되고 소스단과 바디단 사이에 제8캐패시터(C48)가 연결된다.
제1캐패시터 내지 제4캐패시터(C41,C42,C45,C46)는 제1트랜지스터(M41)의 드레인단과 게이트단, 드레인단과 바디단, 소스단과 게이트단, 소스단과 바디단 사이의 전압이 유지되도록 하고, 제5캐패시터 내지 제8캐패시터(C43,C44,C45,C46)는 제2트랜지스터(M42)의 드레인단과 게이트단, 드레인단과 바디단, 소스단과 게이트단, 소스단과 바디단 사이의 전압이 유지되도록 한다. 따라서, 제1트랜지스터(M41)와 제2트랜지스터(M42)가 온/오프 상태가 확실하게 유지될 수 있도록 한다. 그리고 제1트랜지스터(M41)와 제2트랜지스터(M42)의 게이트단은 저항이 직렬로 연결되어 저항을 통해 제1제어신호를 입력받는다. 따라서, 제1전압유지부(920)와 제2전압유지부(930)는 제1캐패시터 내지 제8캐패시터(C41 내지 C48)를 이용하여 각각 로우 신호 또는 하이 신호로 전달되는 제2제어신호의 전압이 유지될 수 있도록 함으로써, 스위치부(910)가 안정적으로 동작할 수 있도록 한다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
300: 저전력 RF 스위치 310: 스위치부
320: 제1전압유지부 330: 제2전압유지부

Claims (11)

  1. 접지 전압보다 높은 전압을 갖는 제어신호에 대응하여 일단과 타단 사이에 흐르는 신호를 스위칭하는 스위치부;
    상기 스위치부의 상기 일단에 일정한 전압이 유지되도록 하는 제1전압유지부; 및
    상기 스위치부의 상기 타단에 일정한 전압이 유지되도록 하는 제2전압유지부를 포함하되,
    상기 제1전압유지부는 제1캐패시터를 포함하며, 상기 제1캐패시터는 일단이 상기 스위치부의 상기 일단에 연결되어 상기 스위치부의 상기 일단에 인가되는 전압이 유지되도록 하고,
    상기 제2전압유지부는 제2캐패시터를 포함하며, 상기 제2캐패시터는 일단이 상기 스위치부의 상기 타단에 연결되어 상기 스위치부의 상기 타단에 인가되는 전압이 유지되도록 하는 저전력 RF 스위치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어신호의 전압은 하이(high, H)상태 또는 로우(low, L) 상태로 전달되는 저전력 RF 스위치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스위치부는 온(on) 시에 게이트단(G)에 하이(H) 상태의 상기 제어신호를 입력받고 바디단(B)에는 로우(L) 상태의 상기 제어신호를 입력받고 소스단(S)과 드레인단(D)에 로우(L)상태의 상기 제어신호를 입력받고, 오프(off) 시는 상기 게이트단(G)에 로우(L) 상태의 상기 제어신호를 입력받고 상기 바디단(B)에 로우(L) 상태의 상기 제어신호를 입력받고 상기 소스단(S)과 상기 드레인단(D)에 하이(H) 상태의 상기 제어신호를 입력받는 트랜지스터를 포함하는 저전력 RF 스위치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 소스단(S)과 상기 드레인단(D)에 입력되는 상기 제어신호는 상기 게이트단(G)에 입력되는 제어신호가 인버팅된 제어신호인 저전력 RF 스위치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스위치부는 적어도 제1및 제2트랜지스터를 포함하며, 상기 제1및 제2트랜지스터는 상기 제1전압유지부와 상기 제2전압유지부 사이에 연결되고 상기 제1트랜지스터의 소스단(S)은 상기 제2 트랜지스터의 드레인단(D)에 연결되는 저전력 RF 스위치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1전압유지부는 제1트랜지스터와 제1캐패시터를 포함하되, 상기 제1트랜지스터의 드레인단(D)은 입력단에 연결되고 소스단(S)은 상기 스위치부의 일단에 연결되고 게이트단(G)은 제어신호가 입력되는 입력단에 연결되고 바디단(B)은 로우(L) 상태의 제어신호가 입력되는 입력단에 연결되고, 상기 제1캐패시터는 상기 제1트랜지스터의 드레인단(D)과 상기 소스단(S) 사이에 연결되고,
    상기 제2전압유지부는 제2트랜지스터와 제2캐패시터를 포함하되, 상기 제2트랜지스터의 드레인단(S)은 상기 스위치부의 일단에 연결되고 소스단(D)은 출력단에 연결되고 게이트단(G)은 제어신호가 입력되는 입력단에 연결되고 바디단(B)은 로우(L) 상태의 제어신호가 입력되는 입력단에 연결되고, 상기 제2캐패시터는 상기 제2트랜지스터의 드레인단(D)과 상기 소스단(S) 사이에 연결되는 저전력 RF 스위치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1전압유지부는 드레인단(D)이 제1신호가 입력되는 입력단과 연결되고 소스단(S)이 상기 스위치부의 일단에 연결되는 제1트랜지스터와 상기 제1트랜지스터의 드레인단(D)과 게이트단(S)에 연결되는 제1캐패시터와 상기 드레인단(D)과 바디단(B)에 연결되는 제2캐패시터를 더 포함하고,
    상기 제2전압유지부는 드레인단(D)이 상기 스위치부의 일단에 연결되고 소스단(S)이 제2신호가 입력되는 입력단과 연결되는 제2트랜지스터와 상기 제2트랜지스터의 드레인단과 게이트단에 연결되는 제3캐패시터와 상기 드레인단과 바디단(B)에 연결되는 제4캐패시터를 더 포함하는 저전력 RF 스위치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1트랜지스터의 소스단(S)과 게이트단(G)에 연결되는 제5캐패시터와 상기 소스단(S)과 상기 바디단(B)에 연결되는 제6캐패시터와, 상기 제2트랜지스터의 소스단(S)과 게이트단(G)에 연결되는 제7캐패시터와 상기 소스단(S)과 상기 바디단(B)에 연결되는 제8캐패시터를 포함하는 저전력 RF 스위치.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 트랜지스터의 상기 게이트단(G)과 상기 게이트(G)단에 입력되는 상기 제어신호를 입력하는 입력단 사이에 저항이 직렬로 연결되고, 상기 바디단(B)과 상기 바디단(B)에 입력되는 상기 제어신호를 입력하는 입력단 사이에 저항이 직렬로 연결된 저전력 RF 스위치.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 트랜지스터의 상기 드레인단과 상기 드레인단에 입력되는 상기 제어신호를 입력하는 입력단 사이에 저항이 연결되고, 상기 소스단과 상기 소스단에 입력되는 상기 제어신호 신호를 입력하는 입력단 사이에 저항이 직렬로 연결된 저전력 RF 스위치.
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