类比开关电路的制作方法
【专利摘要】本发明揭露一种适用于高频讯号的类比开关电路。类比开关电路包含金氧半场效电晶体与控制开关。金氧半场效电晶体包含汲极电极、源极电极、闸极电极及体极电极。闸极偏压施加于闸极电极以控制金氧半场效电晶体导通或关闭。控制开关包含控制端、第一端、第二端及第三端。第一端连接于体极电极。与闸极偏压相关的控制偏压施加于控制端，使得当金氧半场效电晶体导通时，第一端连接于第二端，以及使得当金氧半场效电晶体关闭时，第一端连接于第三端。第二端连接于提供第一偏压的第一电压源，第三端连接于提供与第一偏压不同的第二偏压之第二电压源。
【专利说明】
类比开关电路
技术领域
[0001]本发明是揭露一种类比开关电路，特别是关于一种能根据开关状态最佳化电路特性的类比开关电路。【背景技术】
[0002]由于容易小型化、可整合于制程中且具有良好的元件特性，当要在通讯系统中设置类比开关时，经常采用金氧半场效电晶体(metal-oxidat1n-semiconduc tor field-effect transistor, M0SFET)来实现，而开关的导通或关闭可藉由施加在闸极上的偏压来控制。在开关导通时，金氧半场效电晶体中的汲极与源极间会形成载子通道(N型或 P型)，此时汲极与源极间可等效为一电阻。在开关关闭时，金氧半场效电晶体中的汲极与源极间没有或仅有很窄的载子通道存在，此时汲极电极与源极电极间可等效为一电容。
[0003]除了上述的闸极、汲极与源极外，金氧半场效电晶通常还会包含体极，用以进一步控制元件的特性。在目前的设计中，通常仅会提供给体极一种偏压，或是使体极连接固定的电阻。然而，由前段描述可知，在金氧半场效电晶体作为类比开关的情况下，开关导通与关闭所需要的是两种截然不同的元件特性。因此，仅在金氧半场效电晶体的体极提供固定偏压或连接固定电阻难以近一步最佳化通讯系统中的类比开关以获得较佳的讯号传递品质。
【发明内容】
[0004]有鉴于上述习知技艺的问题，本发明的目的就是在提供一种类比开关电路，以解决无法最佳化开关特性的问题。
[0005]根据本发明的一目的，提出一种适用于高频讯号的类比开关电路。类比开关电路包含金氧半场效电晶体与控制开关。金氧半场效电晶体包含汲极电极、源极电极、闸极电极及体极电极。闸极偏压施加于闸极电极以控制金氧半场效电晶体导通或关闭。控制开关包含控制端、第一端、第二端及第三端。第一端连接于体极电极。与闸极偏压相关的控制偏压施加于控制端，使得当金氧半场效电晶体导通时，第一端连接于第二端，以及使得当金氧半场效电晶体关闭时，第一端连接于第三端。第二端连接于提供第一偏压的第一电压源，第三端连接于提供与第一偏压不同的第二偏压之第二电压源。
[0006]较佳地，其中金氧半场效电晶体可为N型金氧半场效电晶体，且第一偏压高于第二偏压。
[0007]较佳地，其中金氧半场效电晶体可为P型金氧半场效电晶体，且第一偏压低于第二偏压。
[0008]较佳地，其中第一电压源可透过具有第一电阻值的第一电阻器连接于第二端，第二电压源可透过具有比第一电阻值低的第二电阻值的第二电阻器连接于第三端。
[0009]较佳地，其中类比开关电路可进一步包含讯号提供电路。讯号提供电路连接于金氧半场效电晶体之汲极电极或源极电极并提供频率高于4GHz的高频讯号。
[0010]根据本发明的另一目的，提出一种适用于高频讯号的类比开关电路。类比开关电路包含金氧半场效电晶体与控制开关。金氧半场效电晶体包含汲极电极、源极电极、闸极电极及体极电极。闸极偏压施加于闸极电极以控制金氧半场效电晶体导通或关闭。控制开关包含控制端、第一端、第二端及第三端。第一端连接于体极电极。与闸极偏压相关的控制偏压施加于控制端，使得当金氧半场效电晶体导通时，第一端连接于第二端，以及使得当金氧半场效电晶体关闭时，第一端连接于第三端。第二端连接于具有第一电阻值的第一电阻器， 第三端连接于具有比第一电阻值低的第二电阻值之第二电阻器。
[0011]较佳地，其中第二端可透过第一电阻器连接于提供第一偏压的第一电压源，第三端透过第二电阻器连接于提供与第一偏压不同的第二偏压之第二电压源。
[0012]较佳地，其中金氧半场效电晶体可为N型金氧半场效电晶体，且第一偏压高于第二偏压。
[0013]较佳地，其中金氧半场效电晶体可为P型金氧半场效电晶体，且第一偏压低于第二偏压。
[0014]较佳地，其中类比开关电路可进一步包含讯号提供电路。讯号提供电路连接于金氧半场效电晶体的汲极电极或源极电极并提供频率高于4GHZ的高频讯号。
[0015]承上所述，依本发明之类比开关电路，其可具有一或多个下述优点:
[0016](1)此类比开关电路可藉由切换提供于金氧半场效电晶体的体极之偏压，藉此可在金氧半场效电晶体导通或关闭时改变其元件特性。
[0017](2)此类比开关电路可藉由切换连接于金氧半场效电晶体之体极的电阻，藉此可在金氧半场效电晶体导通或关闭时改变其汲极(源极)_体极路径上的阻抗。
[0018](3)此类比开关电路可藉由切换提供于金氧半场效电晶体之体极的偏压以及连接于金氧半场效电晶体之体极的电阻，藉此可最佳化金氧半场效电晶体导通或关闭时的元件特性。【附图说明】
[0019]图1是为本发明的类比开关电路的第一实施例的示意图。
[0020]图2是为本发明的类比开关电路的第二实施例的示意图。
[0021]图3是为本发明的类比开关电路的第三实施例的示意图。
[0022]图4是为本发明的类比开关电路的第四实施例的示意图。
[0023]符号说明
[0024]10:金氧半场效电晶体
[0025]20:控制开关
[0026]30:讯号提供电路
[0027]B:体极电极
[0028]D:汲极电极
[0029]G:闸极电极
[0030]S:源极电极
[0031]N1:第一端[0〇32]N2:第二端
[0033]N3:第三端
[0034]Net:控制端
[0035]R1:第一电阻器
[0036]R2:第二电阻器
[0037]V1:第一偏压
[0038]V2:第二偏压
[0039]Vet:控制偏压[0〇4〇]Vg:兩极偏压
[0041]Vsl:第一电压源
[0042]Vs2:第二电压源【具体实施方式】
[0043]为利贵审查员了解本发明的技术特征、内容与优点及其所能达成的功效，兹将本发明配合附图，并以实施例的表达形式详细说明如下，而其中所使用的图式，其主旨仅为示意及辅助说明书之用，未必为本发明实施后之真实比例与精准配置，故不应就所附的图式的比例与配置关系局限本发明于实际实施上的专利范围，合先叙明。
[0044]以下将参照相关图式，说明依本发明的类比开关电路的实施例，为使便于理解，下述实施例中的相同元件系以相同的符号标示来说明。
[0045]请参阅图1，其是为本发明的类比开关电路的第一实施例的示意图。图中，类比开关电路包含金氧半场效电晶体10与控制开关20。金氧半场效电晶体10包含汲极电极D、 源极电极S、闸极电极G及体极电极B。闸极偏压Vg施加于闸极电极G以控制金氧半场效电晶体10导通或关闭。控制开关20包含控制端Net、第一端N1、第二端N2及第三端N3。 第一端N1连接于体极电极B。与闸极偏压Vg相关的控制偏压Vet施加于控制端Net，使得当金氧半场效电晶体10导通时，第一端N1连接于第二端N2,以及使得当金氧半场效电晶体 10关闭时，第一端N1连接于第三端N3。第二端N2连接于提供第一偏压VI的第一电压源 Vs 1，第三端N3连接于提供与第一偏压VI不同的第二偏压V2之第二电压源Vs2。
[0046]上述金氧半场效电晶体10的导通所指的是汲极电极D与源极电极S间的主动层有载子(电子或电洞，视金氧半场效电晶体的种类而定)通道的存在，而金氧半场效电晶体 10的关闭所指的是汲极电极D与源极电极S间的主动层没有或仅有很窄的载子通道的存在，合先叙明。
[0047]具体来说，高频讯号可由汲极电极D输入，而由源极电极S输出，或是以相反的路径输入与输出。也就是说，对于所要传输的高频讯号，汲极电极D与源极电极S之一为讯号输入端，而另一个则为讯号输出端。在理想情况中，在讯号允许传输时，讯号传输路径，也就是汲极电极D与源极电极S间的路径，为低阻抗以降低损耗。相对地，在讯号禁止传输时， 讯号传输路径希望能为高阻抗而增加讯号的隔离度。另一方面，在讯号允许传输时，讯号传输路径希望能为低阻抗以降低开关在电路中造成的插入阻抗。
[0048]于是，在此实施例中，金氧半场效电晶体可为N型金氧半场效电晶体，且第一偏压 VI高于第二偏压V2。由于用于控制控制开关20的控制偏压Vet与施加于闸极电极G之闸极偏压Vg相关且闸极偏压Vg控制金氧半场效电晶体10的导通或关闭，故控制开关20可根据金氧半场效电晶体10的导通或关闭，而决定金氧半场效电晶体10之体极电极B的连接状态。于是，在金氧半场效电晶体10导通时，体极电极B会连接于第一电压源Vsl而有较高的偏压，在金氧半场效电晶体10关闭时，体极电极B会连接于第二电压源Vs2而有较低的偏压。如此一来，在金氧半场效电晶体10导通时，金氧半场效电晶体10会因体极效应 (body effect)，而具有较低的临界电压(threshold voltage, Vth)。举例来说，在输入的高频讯号为小讯号时，汲极电极D与源极电极S间的路径上的阻抗会与(Vgs-Vth)之反比相关，Vgs为闸极电极G与源极电极S之偏压差。此时，讯号传输路径，也就是汲极电极D与源极电极S间的路径上的阻抗会随著临界电压Vth降低而变低。相对地，在金氧半场效电晶体10关闭时，金氧半场效电晶体10会具有较高的临界电压Vth，而使汲极电极D与源极电极S间的路径上的阻抗变高。因此，在此实施例中，由于金氧半场效电晶体10之体极电极B上的偏压能随著金氧半场效电晶体10导通或关闭状况而改变，故此实施例的类比开关电路之讯号传输路径能在导通时具有较低的阻抗，在关闭时具有较高的阻抗，而符合理想类比开关的需求。需注意的是，本发明的实施例也包含第一偏压VI或第二偏压V2为0V的情况。也就是说，第一电压源Vsl或第二电压源Vs2可实际上为接地端。在本发明的较佳的实施例中，当金氧半场效电晶体10为N型金氧半场效电晶体时，第一偏压VI可为正偏压 (大于0V)，第二偏压V2可为负偏压(小于0V)。需注意的是，第一偏压VI不可过大而使得汲极电极D或源极电极S与体极电极B导通。另一方面，在金氧半场效电晶体10导通且第一偏压VI为正偏压时，讯号输入端与体极电极B间的空乏区会变大，进而使得讯号输入端与体极电极B间的接面电容变小，而提升截止频率并降低藕合至体极电极B的讯号，因此也会降低讯号漏失至体极电极B的情况。
[0049]同理，金氧半场效电晶体10也可为P型金氧半场效电晶体，且第一偏压VI低于第二偏压V2。基本上此种情形类似于上述金氧半场效电晶体10为N型金氧半场效电晶体的实施例，仅施加于金氧半场效电晶体10之各电极上的工作偏压的极性需倒转。因第一偏压 VI低于第二偏压V2,在金氧半场效电晶体10导通时，讯号传输路径仍会具有较低的阻抗， 而在金氧半场效电晶体10关闭时，讯号传输路径仍会具有较高的阻抗。在本发明的较佳的实施例中，当金氧半场效电晶体为P型金氧半场效电晶体时，第一偏压VI可为负偏压(小于0V)，第二偏压V2可为正偏压(大于0V)。
[0050] 请参阅图2,其是为本发明的类比开关电路的第二实施例的示意图。图中，类比开关电路包含金氧半场效电晶体10与控制开关20。金氧半场效电晶体10包含汲极电极D、 源极电极S、闸极电极G及体极电极B。闸极偏压Vg施加于闸极电极G以控制金氧半场效电晶体10导通或关闭。控制开关20包含控制端Net、第一端N1、第二端N2及第三端N3。 第一端N1连接于体极电极B。与闸极偏压Vg相关的控制偏压Vet施加于控制端Net，使得当金氧半场效电晶体10导通时，第一端N1连接于第二端N2,以及使得当金氧半场效电晶体10关闭时，第一端N1连接于第三端N3。第二端N2连接于具有第一电阻值的第一电阻器 R1，第三端N3连接于具有比第一电阻值低的第二电阻值之第二电阻器R2。
[0051]具体来说，在金氧半场效电晶体10导通时，希望讯号输入端(汲极电极D或源极电极S)至体极电极B的路径具有尽量高的阻抗，以避免讯号由体极电极B洩漏。相对地， 在金氧半场效电晶体10关闭时，希望讯号输入端(汲极电极D或源极电极S)至体极电极 B的路径具有低的阻抗，在此情况下，由于讯号传输路径相对于讯号输入端至体极电极B的路径可具有较高的阻抗，高频讯号将较易往体极电极B方向传输而被吸收。换句话说，由讯号输入端洩漏至讯号输出端的高频讯号将会降低，整体类比开关电路关闭时的隔离度将会提升。
[0052]在此实施例中，为了达到上述效果，金氧半场效电晶体10的体极电极B可藉由控制开关20,在金氧半场效电晶体10导通时连接于具有高电阻值的电阻器(第一电阻器 R1)，在金氧半场效电晶体10关闭时连接于具有低电阻值的电阻器(第二电阻器R2)。控制控制开关20的方式大体上与第一实施例相同，于此不再赘述。需注意的是，本发明的实施例包含第二电阻器R2之第二电阻值极小的情况。举例来说，第二电阻器R2可为连接至接地端的导线而实际上电阻值趋近于零。如此一来，在金氧半场效电晶体10导通时，讯号输入端(汲极电极D或源极电极S)至体极电极B的路径便会具有高的阻抗，而在金氧半场效电晶体10关闭时，讯号输入端至体极电极B的路径又会具有低的阻抗，而达到理想类比开关的效果。
[0053]请参阅图3,其是为本发明的类比开关电路的第三实施例的示意图。在此实施例中，类比开关电路可兼具第一实施例与第二实施例中类比开关电路的特征。图中，当金氧半场效电晶体10导通时，金氧半场效电晶体10的体极电极B可透过具有较高的第一电阻值之第一电阻器R1连结于提供第一偏压VI的第一电压源Vsl。相对的，当金氧半场效电晶体10关闭时，金氧半场效电晶体10的体极电极B可透过具有较低的第二电阻值之第二电阻器R2连结于提供第二偏压V2之第二电压源Vs2。在此实施例中，金氧半场效电晶体10 可为N型金氧半场效电晶体，而第一偏压VI高于第二偏压V2。较佳地，第一偏压VI可为正偏压，第二偏压V2可为负偏压。
[0054]于是，当金氧半场效电晶体10导通时，讯号输入端至讯号输出端的讯号传输路径将因体极效应而具有低的阻抗，且讯号输入端至体极电极的路径将因连接于具有高电阻值的第一电阻器R1而具有高阻抗。当金氧半场效电晶体10关闭时，讯号输入端至讯号输出端的讯号传输路径将因体极效应而具有高的阻抗，且讯号输入端至体极电极B的路径将因连接于具有低电阻值的第二电阻器R2而具有低阻抗。如此一来，当金氧半场效电晶体10导通时，高频讯号将会优先传输于具有低阻抗的讯号传输路径，而减少讯号藕合至体极电极B 的损耗。相对地，当金氧半场效电晶体10关闭时，高频讯号将会优先选择具有低阻抗的讯号输入端-体极电极B的路径，而使讯号传输路径两端的隔离度提高。
[0055]请参阅图4,其是为本发明的类比开关电路的第四实施例的示意图。图中，类比开关电路可进一步包含讯号提供电路30。讯号提供电路30连接于金氧半场效电晶体10的汲极电极D并提供频率高于4GHz的高频讯号。在此实施例中，金氧半场效电晶体10的汲极电极D即为讯号输入端。在另一实施例中，讯号提供电路30也可连接于金氧半场效电晶体 10的源极电极S而以源极电极S为讯号输入端。
[0056]在输入讯号为低频讯号的情况下，由于金氧半场效电晶体10各电极间形成的寄生电容对输入讯号来说仍是高阻抗，因此讯号隔离的效果已相当良好而使本发明的类比开关电路的功效并不明显。然而，当输入讯号为高频讯号，尤其是在频率超过4GHz时，输入讯号就容易经由寄生电容藕接至地或其他电极。于是，当本发明之类比开关电路的金氧半场效电晶体10的讯号输入端(汲极电极D或源极电极S)连接于讯号提供电路30时，将可针对来自讯号提供电路30的频率超过4GHz的高频讯号有效改善讯号传输路径与讯号输入端至体极电极的路径的特性，以使得各路径上的阻抗随著金氧半场效电晶体10的导通或关闭而最佳化。更佳地，讯号提供电路30可提供的频率超过5GHz的高频讯号，此时本发明的类比开关电路的功效将更为明显。
[0057]以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明之精神与范畴，而对其进行之等效修改或变更，均应包含于后附的申请专利范围中。
【主权项】
1.一种类比开关电路，适用于一高频讯号，其包含:一金氧半场效电晶体，包含一汲极电极、一源极电极、一闸极电极及一体极电极，其中 一闸极偏压施加于该闸极电极以控制该金氧半场效电晶体导通或关闭；以及一控制开关，包含一控制端、一第一端、一第二端及一第三端，该第一端连接于该体极 电极，其中与该闸极偏压相关的一控制偏压施加于该控制端，使得当该金氧半场效电晶体 导通时，该第一端连接于该第二端，以及使得当该金氧半场效电晶体关闭时，该第一端连接 于该第三端，其中，该第二端连接于提供一第一偏压的一第一电压源，该第三端连接于提供与该第 一偏压不同的一第二偏压之一的第二电压源。2.根据权利要求1所述的类比开关电路，其中该金氧半场效电晶体为一 N型金氧半场 效电晶体，且该第一偏压高于该第二偏压。3.根据权利要求1所述的类比开关电路，其中该金氧半场效电晶体为一 P型金氧半场 效电晶体，且该第一偏压低于该第二偏压。4.根据权利要求1至3所述的类比开关电路，其中该第一电压源透过具有一第一电阻 值的一第一电阻器连接于该第二端，该第二电压源透过具有比该第一电阻值低的一第二电 阻值之一第二电阻器连接于该第三端。5.根据权利要求4所述的类比开关电路，其进一步包含:一讯号提供电路，连接于该金 氧半场效电晶体的该汲极电极或该源极电极并提供频率高于4GHz的一高频讯号。6.—种类比开关电路，适用于一高频讯号，其包含:一金氧半场效电晶体，包含一汲极电极、一源极电极、一闸极电极及一体极电极，其中 一闸极偏压施加于该闸极电极以控制该金氧半场效电晶体的该汲极电极与该源极电极导 通或关闭；以及一控制开关，包含一控制端、一第一端、一第二端及一第三端，该第一端连接于该体极 电极，其中与该闸极偏压相关的一控制偏压施加于该控制端，使得当该金氧半场效电晶体 导通时，该第一端连接于该第二端，以及使得当该金氧半场效电晶体关闭时，该第一端连接 于该第三端，其中，该第二端连接于具有一第一电阻值的一第一电阻器，该第三端连接于具有比该 第一电阻值低的一第二电阻值之一第二电阻器。7.根据权利要求6所述的类比开关电路，其中该第二端透过该第一电阻器连接于提供 一第一偏压的一第一电压源，该第三端透过该第二电阻器连接于提供与该第一偏压不同的 一第二偏压之一第二电压源。8.根据权利要求7所述的类比开关电路，其中该金氧半场效电晶体为一 N型金氧半场 效电晶体，且该第一偏压高于该第二偏压。9.根据权利要求7所述的类比开关电路，其中该金氧半场效电晶体为一 P型金氧半场 效电晶体，且该第一偏压低于该第二偏压。10.根据权利要求7至9所述的类比开关电路，其进一步包含:一讯号提供电路，连接于该金氧半场效电晶体的该汲极电极或该源极电极并提供频率 高于4GHz的一高频讯号。
【文档编号】H03K17/687GK106033961SQ201510108568
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2015年3月12日
【发明人】陈冠宇, 陈力辅
【申请人】瑞昱半导体股份有限公司