I-Laboratory 고주파회로교실 [Ⅴ. Control Circuit] 2.Switch (3) SPDT Switch

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[ V. Control Circuit ]

목차
1. Pin Diode
2. Switch (1) 기본회로
(2) 특성개선

2. Switch

(3) SPDT Switch

SPDT(Single Pole Double Throw) 스위치의 기능을 간단하게 표현하면 아래 <그림 5-13>과 같이 나타낼 수 있습니다. 한 신호경로를 어떤 두 경로 중 한 경로를 선택하여 분기시켜주기 위한 구조의 스위치를 간단하게 SPDT 라고 표현하는 것입니다. 그렇다면 PIN 다이오드를 사용하여 이러한 기능을 구현하려면 어떻게 하면 될까요?

<그림 5－13> SPDT Switch

1개의 다이오드로 구현할 수 있는 스위치는 SPST 스위치입니다. 우선 SPDT 스위치를 SPST 스위치 2개의 조합으로 구성해본 그림을 아래 <그림 5-14>에 나타내었습니다.

<그림 5－14> SPDT Switch (SPST Switch로 분해)

먼저 SW1, SW2를 직렬 PIN 다이오드로 대치하였을 때의 특성을 보도록 하겠습니다. 시뮬레이션 회로를 <그림 5-15>에, 시뮬레이션 결과는 <그림 5-16>에 나타내었습니다. 시뮬레이션 조건들은 이전 절에 설명한 것과 같은 조건입니다.

<그림 5－15> 시뮬레이션 회로 (직렬 PIN diode)

<그림 5－16> SPDT Switch 의 특성 (직렬 PIN diode)

아주 만족할 만한 특성은 아니지만, SPDT 스위치로서 기능하고 있다고 말할 수 있는 정도는 되는 듯 합니다. 그렇다면 PIN 다이오드를 병렬로 삽입하면 더 좋아질까요? 글쎄요... 단지 2개의 다이오드를 쓴다고 해서 직렬이건 병렬이건 완벽한 SPDT 스위치를 구현하기엔 뭔가 부족함이 있습니다. 그렇다면 어떻게 하면 좋을까요?

<그림 5-17>에 병렬로 PIN 다이오드를 삽입한 회로의 그림을 나타내었습니다. 바로 위에서 구성했던 직렬연결의 경우와의 차이는, 분기점과 다이오드의 연결부 사이에 λ/4 의 선로(50Ω)가 삽입되었다는 점입니다. 그렇다면 이 λ/4 선로의 기능은 무엇일까요? 이해를 돕기위해, 우선 D1 이 OFF 로, D2 가 ON 인 경우를 가정해보도록 하겠습니다.

<그림 5－17> 시뮬레이션 회로 (병렬 PIN diode)

D2가 ON 되어 있기 때문에, D2의 연결부는 GND와 거의 short되 어 있다고 가정할 수 있습니다. 따라서 그곳에서부터 λ/4 만큼 떨어진 기점 A로부터 port 3 쪽을 보면, 마치 아무것도 연결되지 않은 Open 상태인 것처럼 보이게 됩니다. 이로 인해 port 1으로부터 입력된 신호는 port 2로 전달되고, port 3으로는 전달되지 않습니다. 즉 λ/4 선로를 이용하면 OFF 동작중인 경로로 누설되는 신호를 최소화시켜, 격리도를 좀더 개선할 수 있습니다.

"어째서??" 라는 의문이 드시는 분이라면, 머리속에서 사인파를 떠올려보시기 바랍니다. 진폭이 0인 점으로부터 λ/4 떨어진 지점의 진폭은 어떻게 되나요? 그렇죠! 최대진폭점이 됩니다. 분기점에서는 전압진폭은 최대가되어, 전류의 진폭은 0이 됩니다. 즉 Open 상태가 되지요.

D1 : ON, D2 : OFF 의 경우의 시뮬레이션 결과를 <그림 5-18>에 나타내었습니다.

<그림 5－18> SPDT Switch 의 특성 (병렬 PIN diode)

이 결과도 그다지 만족할 만한 특성의 결과는 아닙니다만, SPDT 스위치로는 동작하고 있는 듯 합니다.
이상이 SPDT 스위치의 기본회로입니다. SPST 스위치와 마찬가지로, 어떻게 특성 개선을 할 수 있을 지에 대해 다음 절에서 논해보도록 하겠습니다.

다음 >> 2. Switch (4) SPDT 특성개선