CN102545950A - 高频模块及无线通信系统 - Google Patents

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CN102545950A CN2011104432621A CN201110443262A CN102545950A CN 102545950 A CN102545950 A CN 102545950A CN 2011104432621 A CN2011104432621 A CN 2011104432621A CN 201110443262 A CN201110443262 A CN 201110443262A CN 102545950 A CN102545950 A CN 102545950A
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岛本健一
原泽良明
松冈正
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Renesas Electronics Corp
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Abstract

本发明提供一种高频模块及无线通信系统，能够实现低成本化或小型化能够实现多频带对应。例如，高频功率放大装置HPAIC1具备：GSM用的功率放大器电路部PABK_LB(PABK_HB)；接受选择GSM或者W-CDMA的模式设定信号Mctl，将天线开关控制信号Sctl以VSW1电平或者VSW2电平输出的控制电路。VSW2是使用来自振荡电路OSC的时钟信号使VSW1升压而生成的。HPAIC1在根据Mctl选择GSM时，使OSC停止并将VSW1电平的Sctl向天线开关装置ANTSW输出，根据Mctl选择W-CDMA时，用OSC将VSW2电平的Sctl向ANTSW输出。

Description

高频模块及无线通信系统
技术领域
本发明涉及高频模块及无线通信系统，特别地说，涉及在与GSM及W-CDMA等的多个频带(multiple bands)对应的高频模块及无线通信系统适用的有效技术。
背景技术
例如，专利文献1说明了与GSM的低频带和高频带对应的天线开关。
【现有技术文献】
【专利文献】
【专利文献】
日本特开2010-114837号公报
发明内容
近年，便携电话机等的无线通信系统中，随着小型化和多样化的发展，需要与多个频带(multiple bands)对应的系统。这样的系统中，在天线的附近，配置例如搭载了天线开关和在其前级设置的发送用的功率放大器等的电子部件(称为高频模块)。天线开关中，伴随多频带化的进行，需要扩展对1个天线用端子连接2对的发送端子及接收端子(计4个)之一的所谓SP4T(Single Pole Four Throw)的构成，使用SP5T、SP6T、...这样的构成。
作为具有SP4T构成的天线开关，代表的有与GSM(Global Systemfor Mobile communication)的低频带和高频带对应的装置。GSM的低频带中，例如，使用近似824MHz～近似915MHz的发送频率和近似869MHz～近似960MHz的接收频率。GSM的高频带也称为DCS(DigitalCellular System)等，该频带中，使用近似1710MHz～近似1910MHz的发送频率和近似1805MHz～近似1990MHz的接收频率。另一方面，在SP5T，SP6T，...等中，除了这样的各频带，例如，还有称为第3世代(3G或UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)等的W-CDMA(Wideband Code Division Multiple Access)的频带等。W-CDMA中，规定了超10种的频带，系统通常与从中选择的几个频带对应。
这里，SP4T的天线开关在天线用端子和发送(接收)端子间配置由HEMT(High Electron Mobility Transistor)等构成的开关，通过适宜控制该开关的导通/截止来实现。此时，众所周知，为了降低发送时的开关的插入损失并抑制开关导致的发送信号的失真，使用比通常的电源电压(例如3V程度)高的电源电压(例如近5V)。作为一个方式，例如有在HEMT的发送端子(源极节点)和栅极节点间设置升压电路，利用GSM的发送信号生成升压电压，由该升压电压驱动栅极节点的方式。
但是，使用这样的方式的的情况下，在GSM时，能够由充分的导通电压及截止电压驱动开关，但是在W-CDMA时，可能无法实现。这是因为，通常，W-CDMA用的发送信号的信号电平比GSM用的发送信号小，因此升压动作不充分。另一方面，W-CDMA中，与GSM比，要求进一步降低发送信号的失真特性。这是因为，特别是W-CDMA中，与GSM不同，使用FDD((Frequency Division Duplex)方式，因此发送信号和接收信号导致的相互调制失真(IMD：Inter modulationDistortion)成为问题。
因而，为了降低W-CDMA时的发送信号的失真特性，需要对天线开关以某种形式供给升压电压。作为一例，例如，考虑在高频模块的外部设置DC-DC变换器等，向高频模块供给由该DC-DC变换器生成的升压电压，由该电压驱动天线开关的方式。但是，此时，可能导致随着DC-DC变换器等的设置的系统全体的大型化和成本的增大等。
本发明鉴于这样的情况而提出，其目的之一是提供可实现低成本化或小型化的多频带对应的高频模块及无线通信系统。本发明的上述以及其他目的和新特征通过本说明书的记述及附图可变得清楚。
(解决问题的方案)
本申请中公开的发明中，简单说明代表实施例的概要如下。
本实施例的高频模块通过将彼此不同的半导体芯片构成的高频功率放大装置和天线开关装置安装在同一的布线基板上而成。高频功率放大装置具备：放大第1频带的发送信号的电路；接受选择第1频带或者第2频带的模式设定信号，将天线开关装置用的控制信号以第1电压电平或者第2电压电平输出的电路。第2电压电平通过使用来自振荡电路的时钟信号使第1电压电平升压而生成。这里，高频功率放大装置在通过模式设定信号选择第1频带时，使振荡电路停止，并且将第1电压电平的控制信号向天线开关装置输出，通过模式设定信号选择第2频带时，用振荡电路向天线开关装置输出第2电压电平的控制信号。
从而，天线开关装置中，将第2频带的发送信号与天线连接时，通过使用升压的第2电压电平的控制信号，可将导通开关设定成低插入损失，将截止开关设定成深截止状态。另一方面，第1频带的发送信号与天线连接时，例如，通过使用该发送信号使第1电压电平的控制信号升压，可将导通开关设定成低插入损失，将截止开关设定成深截止状态。此时，高频功率放大装置中，放大电路被激活，但是由于振荡电路停止，因此没有乱真(spurious)等的问题。因此，可以在高频功率放大装置无问题地集成升压电路，可以实现高频模块的低成本化或小型化以及无线通信系统的低成本化或小型化。
(发明的效果)
本申请公开的发明中，简单说明代表实施例获得的效果，在多频带对应的高频模块及无线通信系统中，可实现低成本化或小型化。
附图说明
图1是示出本发明一实施例的无线通信系统中的主要部分的概略构成例的框图。
图2是示出图1的无线通信系统中的W-CDMA选择时的动作例的说明图。
图3是图1的无线通信系统中的GSM选择时的动作例的说明图。
图4是示出图1的无线通信系统中，该GSM用高频功率放大装置所包含的天线开关用电压控制电路周围的详细构成例的电路图。
图5是示出图4中的升压电路的详细动作例的波形图。
图6是示出图4中的全体控制电路及天线开关控制电路的详细动作例的真值表。
图7是示出图1的无线通信系统中，其天线开关装置的主要部分的详细构成例的电路图。
图8(a)是示出图7的天线开关装置中，W-CDMA的发送动作时的动作例的说明图，(b)是(a)中的截止开关的偏置状态的一例的补充图。
图9是示出图7的天线开关装置中，GSM的发送动作时的动作例的说明图。
图10是示出验证使用图1的无线通信系统导致的相互调制失真的降低效果的结果的示图。
图11是示出图1的无线通信系统中，该高频模块的模式外形例的平面图。
图12是示出图1的无线通信系统中，该高频模块内所包含的GSM用的功率放大器电路的构造例的截面图。
图13是示出图1及图7的无线通信系统中，该高频模块内所包含的天线开关装置的构造例的截面图。
图14是示出应用了本发明一实施例的无线通信系统的便携电话系统的构成例的框图。
具体实施方式
以下的实施例中，为了方便在必要时，分割为多个部分或实施例进行说明，除非特别明示，它们不是相互无关系，一个部分是另一个部分或全部的变形、详细、补充说明等的关系。另外，以下的实施例中，提到要素的数等(包含个数、数值、量、范围等)时，除非特别明示的情况及原理地明确限定为特定的数的情况等，不限于该特定的数，可以在特定的数以上或者以下。
而且，以下的实施例中，当然地该构成要素(也包含要素步骤等)除了特别明示的情况及原理上显然是必须的情况等，不一定是必须的。同样，以下的实施例中，提到构成要素等的形状、位置关系等时，除了特别明示的情况及原理上显然并非如此的情况，实质包含与该形状等近似或类似的情况等。该情况对于上述数值及范围也是同样。
另外，实施例中，作为MISFET(Metal Insulator SemiconductorField Effect Transistor)的一例，使用MOSFET(Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor)(简称MOS晶体管)，但是作为栅极绝缘膜，并不排除非氧化膜。以下，根据图面详细说明本发明的实施例。另外，在用于说明实施例的所有附图中，同一部件原则上附上同一符号，省略重复说明。
《无线通信系统全体的主要部分的概略构成》
图1是示出本发明一实施例的无线通信系统的主要部分的概略构成例的框图。图1所示的无线通信系统具备高频信号处理装置RFIC、高频模块RFMD、高频功率放大装置HPAIC2、双工器DPX、天线ANT。RFMD例如由一个布线基板实现，在该布线基板上具备高频功率放大装置HPAIC1和天线开关装置ANTSW。RFIC例如由一个半导体芯片构成，具备：低噪声放大器电路LNAl、LNAh、LNAw；接收用的混频电路MIXrl、MIXrh、MIXrw；可变增益放大电路VGA；模拟/数字变换电路ADC；数字/模拟变换电路DAC；发送用的混频电路MIXtl、MIXth、MIXtw。
DAC将来自基带单元BBU的发送基带信号(数字信号)变换为模拟基带信号，向MIXtl或MIXth或者MIXtw发送。MIXtl将来自DAC的模拟基带信号频率变换为GSM的低频带(例如近似824MHz～近似915MHz)，作为低频带用功率输入信号Pin_LB向RFMD输出。MIXth将来自DAC的模拟基带信号频率变换为GSM的高频带(DCS)(例如近似1710MHz～近似1910MHz)，作为高频带用功率输入信号Pin_HB向RFMD输出。MIXtw将来自DAC的模拟基带信号频率变换为W-CDMA的频带，作为W-CDMA用功率输入信号Pin_W向DPX输出。
LNAl将从RFMD输出的GSM的低频带(例如近似869MHz～近似960MHzz)用的接收信号(RXLB)放大，MIXrl将该接收信号频率变换为基带信号。LNAh将从RFMD输出的GSM的高频带(例如近似1805MHz～近似1990MHz)用的接收信号(RXHB)放大，MIXrh将该接收信号频率变换为基带信号。另外，实际上，伴随该频带的选择，在RFMD和RFIC间配置带通滤波器(例如SAW(Surface Acoustic Wave)滤波器)等。LNAw经由DPX接受从RFMD输出的W-CDMA用的接收信号(TRXA)，并将该信号放大。MIXrw将LNAw的输出信号频率变换为基带信号。VGA将从MIXrl或MIXrh或者MIXrw输出的模拟基带信号以规定增益放大。ADC将来自VGA的模拟基带信号变换为接收基带信号(数字信号)，并向BBU输出。
高频功率放大装置HPAIC2为W-CDMA用，例如，由一个半导体芯片(MMIC：Monolithic Microwave Integrated Circuit)构成。HPAIC2具备例如多级的功率放大电路和与最终级的放大电路连接的阻抗匹配电路MN，接受前述W-CDMA用功率输入信号Pin_W，进行放大动作，向DPX经由MN输出W-CDMA用功率输出信号Pout_W。各功率放大电路，例如，由用以砷化镓(GaAs)、锗化硅(SiGe)等为代表的化合物半导体形成的异质结双极晶体管(HBT)构成。特别是W-CDMA中，为了寻求比GSM高的功率附加效率(PAE)和低失真特性，使用HBT是有益的。双工器DPX将来自HPAIC2的Pout_W(发送信号)向RFMD(ANTSW)输出，将从RFMD(ANTSW)输入的信号(接收信号)向前述RFIC内的LNAw输出。即，例如具备发送频带用的带通滤波器电路和接收频带用的带通滤波器电路，进行发送信号和接收信号的分离。
高频模块RFMD中，HPAIC1，例如由一个半导体芯片构成，具备：2个功率放大电路部(功率放大器电路部)PABK_LB、PABK_HB；全体控制电路CTLC；天线开关控制电路ANTCTL；天线开关用电压控制电路VCTL。PABK_LB为GSM的低频带用，具备多级(这里为3级)的功率放大电路(功率放大器电路)PA1l～PA3l。PABK_LB接受前述的低频带用功率输入信号Pin_LB，进行放大动作，从PA3l向ANTSW输出GSM的低频带用的功率输出信号Pout_LB。PABK_HB为GSM的高频带用，具备多级(这里为3级)的功率放大电路(功率放大器电路)PA1h～PA3h。PABK_HB接受前述高频带用功率输入信号Pin_HB，进行放大动作，从PA3h向ANTSW输出GSM的高频带用的功率输出信号Pout_HB。
全体控制电路CTLC从基带单元BBU经由RFIC接受输入的模式设定信号Mctl，根据它进行PABK_LB、PABK_HB的激活·非激活的控制、天线开关用电压控制电路VCTL的控制、向天线开关控制电路ANTCTL进行的各种控制信号的输出。这里，Mctl是选择设定例如GSM的低频带的发送模式或接收模式、GSM的高频带的发送模式或接收模式，或W-CDMA的收发模式的信号。CTLC根据该Mctl的信息，输出表示天线开关ANTSW内的各开关的导通/截止状态的各种控制信号，ANTCTL将该各种控制信号的电压电平设定成由VCTL确定的天线开关用电压VSW的电压电平后，作为天线开关控制信号Sctl输出。
天线开关用电压控制电路VCTL具备振荡电路OSC、升压电路BST、电压生成电路VGEN1、电压选择电路VSEL。VGEN1生成第1天线开关用电压VSW1(例如3.1V)。BST用来自OSC的时钟信号，生成比VSW1高电压的第2天线开关用电压VSW2(例如4.7V)。VSEL选择该VSW1或者VSW2中的某一方作为VSW，供给ANTCTL。这里，HPAIC1由例如MOS工艺(硅工艺)形成，与之伴随，功率放大器电路PA1l～PA3l、PA1h～PA3h由LDMOSFET(Laterally DiffusedMetal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)构成。这样，通过由MOSFET构成功率放大器电路，并且将各种控制电路(CTLC，ANTCTL，VCTL)包含在内而集成化，与使用化合物半导体等的情况相比，可实现高频模块RFMD的低成本化和小型化，进而实现无线通信系统的低成本化和小型化。即，GSM与W-CDMA相比，不要求功率附加效率和失真的特性，因此利用这样的MOS工艺是有益的。
高频模块RFMD中，天线开关装置ANTSW由例如一个半导体芯片(MMIC：Monolithic Microwave Integrated Circuit)构成，在以砷化镓(GaAs)为代表的化合物半导体基板上形成。ANTSW在这里形成具备1个天线ANT连接用端子PNant、2个发送端子(TXLB，TXHB)、2个接收端子(RXLB，RXHB)、1个收发端子TRXA的SP5T构成。PNant与TXLB、TXHB、RXLB、RXHB、TRXA间，分别设置天线开关电路SWtl、SWth、SWrl、SWrh、SWtr。各天线开关电路由例如HEMT构成，由前述天线开关控制信号Sctl个别地控制导通/截止。
来自前述PABK_LB的低频带用的功率输出信号Pout_LB输入发送端子TXLB，来自前述PABK_HB的高频带用的功率输出信号Pout_HB输入发送端子TXHB。接收端子RXLB与前述RFIC内的LNAl连接，接收端子RXHB与前述RFIC内的LNAh连接。收发端子TRXA与前述DPX连接。另外，这里，在GSM的低频带及高频带附加W-CDMA用的1频带而形成SP5T，但是可以适宜扩展，例如，附加W-CDMA用的2频带而形成SP6T，附加W-CDMA用的3频带而形成SP7T等。例如，形成SP6T的情况下，在ANTSW内追加开关电路，另外，追加双工器及高频功率放大装置，而且，在RFIC内适宜追加低噪声放大器电路、混频电路。此时，该高频功率放大装置也可以例如与HPAIC2在同一的半导体芯片内形成。
这样的构成例中，本实施例的无线通信系统及高频模块的主要特征之一是在GSM用的高频功率放大装置HPAIC1内设置天线开关用电压控制电路VCTL。具体地说，VCTL通过模式设定信号Mctl选择GSM的低频带及高频带时，根据CTLC的控制，使振荡电路OSC的动作停止(使OSC、BST非激活)，并且由VSEL选择VSW1。另一方面，由Mctl选择W-CDMA时，VCTL根据CTLC的控制使OSC及BST动作(使OSC、BST激活)，并且由VSEL选择VSW2。
图2是示出图1的无线通信系统中选择W-CDMA时的动作例的说明图，图3是示出图1的无线通信系统中选择GSM时的动作例的说明图。如图2所示，首先，通过模式设定信号Mctl选择W-CDMA时，高频功率放大装置HPAIC2被激活，并且经由天线开关电路SWtr，构筑DPX和天线ANT之间的连接路径。这里，高频功率放大装置HPAIC1内，振荡电路OSC及升压电路BST被激活，向天线开关控制电路ANTCTL供给VSW2(例如4.7V)。PABK_LB、PABK_HB未向Pin_LB、Pin_HB输入高频信号，因此不用特别进行放大动作，但是为了省电等，优选根据CTLC的控制设定成休眠状态等。休眠状态中，停止对PABK_LB、PABK_HB内的各功率放大器电路PA1l～PA3l、PA1h～PA3h的栅极偏置的供给或电源电压的供给。
另一方面，天线开关装置ANTSW中，各开关电路的导通/截止由从天线开关控制电路ANTCTL输出的具有VSW2的电压电平的天线开关控制信号Sctl控制。具体地说，SWtr控制为导通，剩余的天线开关电路SWtl、SWth、SWrl、SWrh控制为截止。此时，由于使用高电压的VSW2，所以SWtr中的插入损失小，另外，SWtl、SWth、SWrl、SWrh被驱动到深截止状态，因此，可减小在经由SWtr传送的发送信号(Pout_W)中产生的失真。
接着，如图3所示，通过模式设定信号Mctl选择GSM的低频带(发送模式或接收模式)或高频带(发送模式或接收模式)时(这里以选择低频带的发送模式的情况为例)，高频功率放大装置HPAIC1内的PABK_LB被激活。然后，经由天线开关电路SWtl，构筑PABK_LB和天线ANT之间的连接路径。这里，振荡电路OSC及升压电路BST成为非激活，向天线开关控制电路ANTCTL供给VSW1(例如3.1V)。PABK_HB未向Pin_HB输入高频信号，因此没有特别地进行放大动作，但是为了省电，优选根据CTLC的控制设定成上述休眠状态等。另外，高频功率放大装置HPAIC2优选也不特别进行放大动作，由HPAIC2用的控制电路(未图示)设定成休眠状态等。
另一方面，天线开关装置ANTSW中，各开关电路的导通/截止由从天线开关控制电路ANTCTL输出的具有VSW1的电压电平的天线开关控制信号Sctl控制。具体地说，SWtl控制为导通，剩余的天线开关电路SWth、SWrl、SWrh、SWtr控制为截止。这里，详细情况将后述，在SWtl、SWth的导通/截止控制端子(栅极节点)部分具备栅极升压电路。从而，从ANTCTL输出具有VSW1的电压电平的Sctl，但是实际上，控制各开关电路的电压电平成为由该栅极升压电路升压的电压电平。因此，可实现SWtl中的插入损失的降低和在经由SWtl传送的发送信号(Pout_LB)中产生的失真的降低。
而且，HPAIC1中，OSC及BST成为非激活状态，因此，可降低伴随PABK_LB的放大动作的乱真(无用波)。即，作为比较例，如果在OSC及BST动作的状态下，PABK_LB进行放大动作的情况下，由于PABK_LB和OSC及BST在同一半导体芯片上形成，因此，有可能来自OSC的时钟信号作为乱真混入PABK_LB内，被放大并从天线放射。通过使OSC及BST成为非激活状态，可防止这样的事态。另外，这里，以选择低频带的发送模式的情况为例，但是，选择高频带的发送模式的情况下，PABK_HB侧被激活，与此相应地，进行与前述低频带时同样的动作。
以上，本实施例的无线通信系统及高频模块具备持有GSM用的放大电路和天线开关控制用的升压电路的高频功率放大装置HPAIC1，它在GSM时起到GSM用的放大电路的功能，W-CDMA时起到天线开关控制用的升压电路的功能。此时，详细情况将后述，GSM时的天线开关用的升压电压在天线开关装置ANTSW内生成。另外，W-CDMA时的天线开关用的升压电压如前述，由于GSM和W-CDMA的发送功率电平的差异而不容易在ANTSW内生成，因此，在HPAIC1内生成，W-CDMA时的放大动作通过来自HPAIC1内的升压电路的乱真不影响的其他芯片(HPAIC2)进行。因此，可以低成本或小面积地实现能多频带对应、且可充分满足失真特性、噪声特性等的性能的无线通信系统及高频模块。
作为图1的构成例的比较例，考虑在HPAIC1、ANTSW内不设置升压电路，而由外部的DC-DC变换器等生成升压电压的方式。此时，可能导致无线通信系统的大型化和成本的增大。另外，作为其他比较例，考虑将HPAIC1包含的升压电路部分(OSC及BST)不设置在HPAIC1而设置在ANTSW内的方式。此时，例如在化合物半导体基板等构成的ANTSW设置该升压电路部分可能导致成本的增大，另外，该升压电路部分可能成为噪声源，对来自天线ANT的发送·接收信号产生影响。从而，图1的构成例与这样的方式相比是有益的。另外，这里，高频模块RFMD由HPAIC1和ANTSW构成，但是，根据情况，也可以构成为增加HPAIC2和DPX。但是，例如，从使GSM和W-CDMA的组合方法具有柔软性的观点看，最好分离地构成。
《天线开关用电压控制电路VCTL周围的详细构成》
图4是示出图1的无线通信系统中，其GSM用高频功率放大装置所包含的天线开关用电压控制电路VCTL周围的详细构成例的电路图。如图4所示，VCTL内的电压生成电路VGEN1，例如由负反馈构成的放大器电路AMPa实现。AMPa接受从基准电压生成电路(带隙参考电路)BGR生成的不依赖于外部环境(电源电压(电池电压)、温度等)的基准电压Vref，电阻R1、R2a的比率，生成由(Vref×(R2a)/(R1a+R2a))确定的天线开关用电压VSW1(例如3.1V)。即，即使电池电压在4V前后变动的情况下，也总是生成一定的电压电平。
VCTL内的振荡电路OSC具备：负反馈构成的放大器电路AMPb；以来自AMPb的输出电压为电源电压而动作的、由环状地连接的多级(奇数级)的反相电路构成的环形振荡器电路ROSC。AMPb与AMPa同样，接受来自基准电压生成电路BGR的Vref，生成与电阻R1b、R2b的比率相应的输出电压。ROSC生成具有与该输出电压相应的振荡频率(例如10MHz等)的时钟信号。该时钟信号经由反相电路IV10、IV11成为正极时钟信号CLK1，经由反相电路IV20成为负极时钟信号CLK2。
VCTL内的升压电路BST具备：二极管D1、D2及电容C1、C2组成的所谓狄克逊型的第1充电泵电路；同样地由二极管D3、D4及电容C3、C4组成的与第1充电泵电路反相动作的第2充电泵电路；将这些输出电压合成的开关电路S1、S2及电容C5。D1在VGEN1的输出节点(VSW1)和节点Na间，连接VSW1侧作为阳极(Na侧为阴极)，D2在Na和节点Nb间，连接Na侧作为阳极。C1的一端与Na连接，另一端供给CLK2，C2的一端与Nb连接，另一端供给CLK1。
D3在VGEN1的输出节点(VSW1)和节点Nc间，连接VSW1侧作为阳极，D4在Nc和节点Nd间，连接Nc侧作为阳极。C3的一端与Nc连接，另一端供给CLK1，C4的一端与Nd连接，另一端供给CLK2。S1的一端与Nb连接，另一端与节点Ne连接，S2的一端与Nd连接，另一端与Ne连接，C5的一端与Ne连接，另一端与接地电源电压GND连接。S1根据CLK1的‘H’电平驱动为导通，S2根据CLK2的‘H’电平驱动为导通，从Ne生成天线开关用电压VSW2(例如4.7V)。
VCTL内的电压选择电路VSEL在这里由p沟道型MOS晶体管MP1构成。MP1的源极与电容C5的一端(节点Ne)连接，漏极与VGEN1的输出节点(VSW1)连接。另外，MP1的栅极由经由电平移动电路LS输出的来自全体控制电路CTLC的控制信号驱动。LS将CTLC的信号电平(例如3.1V电平)变换为MP1的源极(成为C5的一端的节点Ne)的电压电平。
全体控制电路CTLC接受构成模式设定信号Mctl的各种控制信号TX_EN、BS1、BS2、TR_SW_EN，根据它进行前述电压选择电路VSEL的控制、向天线开关控制电路ANTCTL进行的各种控制信号的输出、向振荡电路OSC进行的振荡使能信号EN_OSC的输出。ANTCTL接受来自前述CTLC的各种控制信号，用电平移动电路LS将该控制信号的电压电平变换为天线开关用电压VSW的电压电平，作为天线开关控制信号Sctl输出。天线开关用电压VSW从前述MP1的源极(成为C5的一端的节点Ne)获得。
接着说明图4的动作例。首先，由模式设定信号Mctl(TX_EN、BS1、BS2、TR_SW_EN的组合)选择GSM的低频带或高频带的情况下，全体控制电路CTLC用振荡使能信号EN_OSC停止振荡电路OSC的动作。具体地说，例如，根据EN_OSC的非激活电平使放大器电路AMPb的动作停止，将其输出电压固定在GND电平(或‘H’电平)。与之伴随，OSC停止振荡动作，CLK1固定在‘L’电平(GND电平)，CLK2固定在‘H’电平。另外，CTLC向MP1的栅极施加‘L’电平(GND电平)，将MP1驱动为导通。从而，VSW的电压电平成为经由MP1的VSW1的电压电平。此时，在节点Ne和VGEN1的输出节点(VSW1)之间存在经由D3、D4及S2的连接路径，但是由于D3、D4被逆偏置，所以实质上该连接路径成为遮断状态。ANTCTL用该VSW1(例如3.1V)的电压电平输出Sctl。
另一方面，由Mctl(TX_EN、BS1、BS2、TR_SW_EN的组合)选择W-CDMA的情况下，CTLC用EN_OSC激活OSC，使BST进行升压动作。因此，在节点Ne生成成为升压电压的VSW2。另外，CTLC向MP1的栅极施加‘H’电平(经由电平移动电路LS成为VSW2的电压电平)，将MP1驱动为截止。从而，VSW的电压电平成为经由BST的VSW2的电压电平。ANTCTL用该VSW2(例如4.7V)的电压电平输出Sctl。这样，图4的构成例用1个晶体管(MP1)作为电压选择电路VSEL，进行VSW1和VSW2的选择。从而，例如与单纯互补地控制2个开关来进行选择的方式相比，可降低电路面积。
《升压电路BST的详细动作》
图5是示出图4中的升压电路BST的详细动作例的波形图。如图5所示，这里设为使用3.1V电平的时钟信号CLK1、CLK2，各二极管D1～D4的顺方向电压设为VF，首先，节点Na的电压在CLK2为‘L’电平时由C1充电到(3.1-VF)V。然后，当CLK2迁移到‘H’电平时，Na的电压是对C1的充电电压加上该CLK2的迁移量，升压到(2×3.1-VF)V。Na的电压根据CLK2的‘L’电平及‘H’电平的迁移，在(3.1-VF)V和(2×3.1-VF)V间迁移。但是，实际上，由于存在与CLK2的振荡频率和天线开关控制电路ANTCTL的消耗电流等相应的放电电压ΔV，因此Na中的升压电压成为(2×3.1-VF-ΔV)V。
同样，节点Nb的电压在CLK1为‘L’电平时由C2充电到(Na的电压-VF)(＝2×3.1-2×VF-ΔV)V。然后，当CLK1迁移到‘H’电平时，Na的电压是对C2的充电电压加上该CLK1的迁移量，升压到(3×3.1-2×VF-ΔV)V。但是，实际上，由于前述放电电压ΔV存在，所以升压电压成为(3×3.1-2×VF-2×ΔV)V。Nb的电压根据CLK1到‘L’电平及‘H’电平的迁移，在(2×3.1-2×VF-ΔV)V和(3×3.1-2×VF-2×ΔV)V间迁移。
另一方面，节点Nc的电压，由于根据与节点Na的情况反相的时钟信号CLK1，进行与Na的情况同样的动作，所以与CLK1的到‘L’电平及‘H’电平的迁移对应地，在(3.1-VF)V和(2×3.1-VF-ΔV)V间迁移。同样地，节点Nd的电压，由于根据与节点Nb的情况反相的时钟信号CLK2进行与Nb的情况同样的动作，所以与CLK2的到‘L’电平及‘H’电平的迁移对应地，在(2×3.1-2×VF-ΔV)V和(3×3.1-2×VF-2×ΔV)V间迁移。
CLK1为‘H’电平时节点Nb的电压传送到节点Ne，CLK2为‘H’电平时节点Nd的电压传送到节点Ne，因此，Ne的电压成为(3×3.1-2×VF-2×ΔV)V的一定电压电平。这样，通过使2个充电泵电路交替动作，将其输出合成，可以生成脉动(ripple)小的电压电平，作为升压电压(VSW2)。若在VSW2产生脉动，则可经由天线开关装置ANTSW从天线ANT产生无用波，因此使用这样的交织方式是有益的。另外，根据图5可知，VSW2的电压电平可通过D1～D4的顺方向电压VF和OSC的振荡频率(ΔV)等适宜调节。另外，虽然图5中省略了，但是也可以用图4的反相电路IV20、IV10、IV11的电源电压(即CLK1、CLK2的信号电平)来调节。
《全体控制电路CTLC及天线开关控制电路ANTCTL的详细动作》
图6是示出图4中的全体控制电路CTLC及天线开关控制电路ANTCTL的详细动作例的真值表。这里，根据来自基带单元BBU的模式设定信号Mctl(TX_EN，BS1，BS2，TR_SW_EN的组合)，可设定9个模式(A～E，G，H，J，K)。另外，根据该Mctl，ANTCTL作为天线开关控制信号Sctl，输出分别被适宜控制了电压电平的8个控制信号(TXLBC，TXLBL，TXHBC，TXHBL，RX1800，RX900，TRXAC，TRXBC)。
详细情况将后述，TXLBC、TXLBL是GSM的低频带中的发送用天线开关电路的控制信号，TXHBC、TXHBL是GSM的高频带中的发送用天线开关电路的控制信号。RX1800是GSM的高频带中的接收用天线开关电路的控制信号，RX900是GSM的低频带中的接收用天线开关电路的控制信号。TRXAC是W-CDMA的频带A中的收发用天线开关电路的控制信号，TRXBC是W-CDMA的频带B中的收发用天线开关电路的控制信号。虽然没有特别限定，但是，W-CDMA的频带A是由3GPP规定的频带1(发送频率：1920～1980MHz，接收频率：2110～2170MHz)等，W-CDMA的频带B是由3GPP规定的频带5(发送频率：824～849MHz，接收频率：869～894MHz)等。
由Mctl选择的模式A是休眠模式，此时，8个控制信号全部驱动为‘L’电平(GND电平)，天线开关用电压VSW的生成动作也不进行。模式B及模式D是GSM(低频带及高频带)的隔离模式，此时，进行VSW(VSW1)的生成动作，但是8个控制信号全部驱动为‘L’电平。模式C是GSM的低频带的发送模式，此时，8个控制信号内，TXLBC及TXLBL分别控制为‘H’电平(VSW1电平)及高阻抗状态(HiZ)。模式E是GSM的高频带的发送模式，此时，8个控制信号内，TXHBC及TXHBL分别控制为‘H’电平(VSW1电平)及HiZ。
模式G是GSM的高频带的接收模式，此时，8个控制信号内，RX1800控制为‘H’电平(VSW1电平)。模式H是GSM的低频带的接收模式，此时，8个控制信号内，RX900控制为‘H’电平(VSW1电平)。模式J是W-CDMA的频带A的收发模式，此时，8个控制信号内，TRXAC控制为‘H’电平(VSW2电平)。模式K是W-CDMA的频带B的收发模式，此时，8个控制信号内，TRXBC控制为‘H’电平(VSW2电平)。这样，在为GSM时，VSW使用VSW1，在为W-CDMA时，VSW使用VSW2。
《天线开关装置ANTSW的主要部分的详细构成》
图7是示出图1的无线通信系统中的天线开关装置ANTSW的主要部分的详细构成例的电路图。这里，图7所示的天线开关装置ANTSW具备：10个HEMT元件Qtl、Qth、Qsl、Qsh、Qrl、Qrh、Qtwa、Qtwb、Qswa、Qswb；2个栅极升压电路GBSTtl、GBSTth；各种耦合电容Ctl、Cth、Csl、Csh、Cswa、Cswb。Qtl在GSM的低频带用的发送端子TXLB和天线ANT用连接端子PNant间具备源极/漏极路径，Qth在GSM的高频带用的发送端子TXHB和PNant间具备源极/漏极路径。Qrl在GSM的低频带用的接收端子RXLB和PNant间具备源极/漏极路径，Qrh在GSM的高频带用的接收端子RXHB和PNant间具备源极/漏极路径。Qtwa在W-CDMA的频带A用的收发端子TRXA和PNant间具备源极/漏极路径，Qtwb在W-CDMA的频带B用的收发端子TRXB和PNant间具备源极/漏极路径。Ctl在TXLB和Qtl间插入，Cth在TXHB和Qth间插入。
Qsl在Qtl的TXLB侧的节点(这里是源极)和接地电源电压GND间具备源极/漏极路径，Qsh在Qth的TXHB侧的节点(这里是源极)和GND间具备源极/漏极路径。Qswa在Qtwa的TRXA侧的节点(这里是源极)和GND间具备源极/漏极路径，Qswb在Qtwb的TRXB侧的节点(这里是源极)和GND间具备源极/漏极路径。Csl在Qtl和Qsl间插入，Csh在Qth和Qsh间插入。Cswa在Qtwa和Qswa间插入，Cswb在Qtwb和Qswb间插入。
这样，10个HEMT元件内的6个(Qtl，Qth，Qrl，Qrh，Qtwa，Qtwb)是各发送/接收/收发端子与ANT连接的贯穿用开关，剩余的4个(Qsl，Qsh，Qswa，Qswb)是各发送/接收/收发端子与GND连接的分流用开关。从而，该构成成为SP6T构成的天线开关。另外，这里为了说明的简化，省略与GSM的接收侧对应的Qrl、Qrh的详细情况，另外，有时对Qrl、Qrh也同样设置分流用开关，该说明也省略。
各HEMT元件(这里以Qtl为代表进行说明)具有抑制型的特性，在源极/漏极间具备成为高电阻的电阻Rds，构造上，在栅极/漏极间具备肖特基势垒二极管SBD。Qsl的漏极(经由电阻Rds为源极)与Qtl的栅极共同连接，Qsh的漏极(经由电阻Rds为源极)与Qth的栅极共同连接。另外，Qswa的漏极(经由电阻Rds为源极)与Qtwa的栅极共同连接，Qswb的漏极(经由电阻Rds为源极)与Qtwb的栅极共同连接。Qsl、Qsh、Qswa、Qswb的栅极与GND连接。
成为W-CDMA的发送用的Qtwa的栅极用图6所示的控制信号TRXAC驱动，同样地成为W-CDMA的发送用的Qtwb的栅极用图6所示的控制信号TRXBC驱动。另一方面，成为GSM的发送用的Qtl的栅极根据图6所示的控制信号TXLBC、TXLBL经由栅极升压电路GBSTtl被驱动，同样地成为GSM的发送用的Qth的栅极根据图6所示的控制信号TXHBC、TXHBL经由栅极升压电路GBSTth被驱动。GBSTtl、GBSTth若以GBSTtl为代表进行说明，则构成为包含电容C10和二极管D10～D12等。C10的一端经由电阻与Qtl的栅极耦合，另一端与TXLBL连接。D10的阳极与C10的另一端连接，阴极经由电阻及电容与TXLB交流耦合。D11的阳极经由电阻及电容与TXLB交流地耦合，阴极与C10的一端连接。D12的阳极经由电阻与TXLBC连接，阴极与TXLBL连接。另外，在C10的两端具备电阻。
《天线开关装置ANTSW的主要部分的详细动作》
图8(a)是示出图7的天线开关装置ANTSW中，W-CDMA的发送动作时的动作例的说明图，图8(b)是示出图8(a)中的截止开关的偏置状态的一例的补充图。如图8(a)所示，例如，在发送端子TRXA和天线ANT间通过发送信号的情况下，如前述在贯穿用的Qtwa的栅极施加4.7V(VSW2电平)的控制信号TRXAC，因此Qtwa成为强导通状态。此时，Qtwa的漏极电压及源极电压伴随栅极-漏极(源极)间的SBD，成为降低了其顺方向电压VF(约0.5V)的大小的约4.2V。另外，与TRXA连接的分流用的Qswa的漏极及源极经由电阻Rds与TRXAC连接，因此被施加4.7V。Qswa的栅极为0V，因此，Qswa成为Vgs(Vgd)＝-4.7V的逆偏置，成为深截止状态。
另一方面，与TRXB连接的贯穿用的Qtwb的漏极及源极电压为4.2V，栅极由TRXBC驱动为0V，因此成为Vgs(Vgd)＝-4.2V的逆偏置，成为深截止状态。另外，与TRXB连接的分流用的Qswb伴随TRXBC的0V，由于Vgs(Vgd)＝0V，因此成为导通状态。对于与其他端子(TXLB，TXHB，RXLB，RXHB)连接的贯穿用的Qtl、Qth、Qrl、Qrh(及分流用的Qsl、Qsh(省略))，也成为与前述TRXB连接的Qtwb、Qswb相同电路构成及动作状态。即，贯穿用的HEMT元件控制为截止，分流用的HEMT元件控制为导通。通过这样的动作，输入TRXA的发送信号由低插入损失传达，以使到其他端子的功率泄漏和失真的发生显著降低的状态向天线ANT输出。
这里，关于失真的发生，作为其发生要因例举了截止状态的HEMT元件的影响。截止状态的HEMT元件具有图8(b)所示的截止电容Coff特性。如果截止状态的Vgs在阈值电压Vth(例如-0.8V)附近的情况下，Coff的特性成为非线性区域，因此，由于该影响，在来自贯穿用的HEMT元件的发送信号产生失真。为了抑制这样的失真，使截止状态的HEMT元件的Vgs在Coff的非线性变小的区域(例如Vgs＝-4.2V等)偏置即可。如果截止状态的HEMT元件在Coff的线性区域偏置，则即使从外部输入大信号，也不会产生失真的问题。
图9是示出图7的天线开关装置ANTSW中，GSM的发送动作时的动作例的说明图。这里，以发送信号在发送端子TXLB和天线ANT间通过的情况为例。首先，驱动与TXLB连接的贯穿用的Qtl的栅极升压电路GBSTtl是通过对从TXLB输入的大信号的功率信号进行检波并整流而使Qtl的栅极电压升压的电路。从而，可对处于截止状态的贯穿用的HEMT元件确保充分的功率耐量，能够抑制谐波失真。
升压电路GBSTtl中，如图6等所述，控制信号TXLBC设定成3.1V，控制信号TXLBL设定成HiZ。输入TXLB的发送信号的振幅为正(TXLB＞TXLBC)的情况下，TXLB的电位比TXLBC高，因此二极管D10成为截止状态，二极管D11成为导通状态。此时，从TXLB经由电阻衰减的发送信号通过D11而被半波整流，与之伴随，在电容C10的D11侧蓄积正电荷。另一方面，输入TXLB的发送信号的振幅为负(TXLB＜TXLBC)的情况下，D10成为导通状态，D11成为截止状态。此时，从TXLB经由电阻衰减的发送信号通过D10而被半波整流，与之伴随，在电容C10的D10侧蓄积负电荷。这样，通过在C10中反复电荷的蓄积，C10的电荷被保持，可向Qtl的栅极施加升压了的一定电压。
该Qtl的栅极电压经由栅极-漏极(源极)间的SBD使天线用连接端子PNant的电压Vd升压。具体地说，若GBSTtl的升压电压为ΔV，SBD的顺方向电压为VF，则Vd为：Vd＝(3.1+ΔV-VF)V。此时，与TXHB、RXLB、RXHB、TRXA、TRXB连接的各贯穿用的Qth、Qrl、Qrh、Qtwa、Qtwb的源极及漏极电压经由电阻Rds成为与Vd相同的电位，另外，这些栅极电压成为0V，因此成为深截止状态。从而，即使对从TXLB输入的大信号的发送信号也可以稳定地持续截止状态，可确保伴随截止电容Coff的失真量也无特别的问题的电平。另外，由于Qtl的栅极电压为(3.1+ΔV)V，因此与TXLB连接的分流用的Qsl被偏置为Vgs＝-(3.1+ΔV)V，成为深截止状态。另外，由于Vgs＝0V，其他分流用的HEMT元件成为导通状态。
这样，天线开关装置ANTSW中，通过在GSM的发送用天线开关的栅极部分设置栅极升压电路，在GSM时来自天线开关控制电路ANTCTL的控制信号的电压电平即使为3.1V，也可以无特别的问题地动作。另外，这里，各天线开关电路由1个HEMT元件构成，但是实际上，从耐压确保等的观点看，也可以由串联的多个HEMT元件构成。
《本实施例的效果》
图10是验证使用图1的无线通信系统导致的相互调制失真(IMD：Inter modulation Distortion)的降低效果的结果的示图。图10是从天线开关装置ANTSW的发送端子输入20dBm的发送信号(836MHz)，并且从天线输入-15dBm的干扰波(791MHz)，观测在接收端子出现的规定的频率(881MHz＝2×836-791)的功率电平的图。此时，使天线开关(HEMT元件)的栅极电压(天线开关用电压VSW)变动地进行观测。W-CDMA中，IMD特性的值最好是例如小于-101dBm的值。如图10所示，VSW小的情况下，由于截止状态的天线开关中的截止电容Coff的影响，IMD特性劣化。例如，VSW＝3.1V的情况下，成为-97dBm。因而，例如若设定成VSW＝4.7V，则通过约7dBm程度的改善效果可实现-104dBm，可充分满足W-CDMA时的目标。
《高频模块的外观》
图11是示出图1的无线通信系统中的高频模块RFMD的模式的外形例的平面图。RFMD在包含多个布线层的布线基板(例如陶瓷基板、玻璃环氧树脂基板等)PCB上，安装2个半导体芯片(HPAIC1，ANTSW)，它们经由布线层通过适宜连接而构成。如前所述，HPAIC1由例如硅基板等实现，ANTSW由例如以GaAs为代表的化合物半导体基板等实现。这里，在HPAIC1的左侧配置GSM的低频带用的各种端子等，右侧配置GSM的高频带用的各种端子等。另外，在HPAIC1的上侧配置天线开关控制信号Sctl用的各种端子，其上安装ANTSW。
在HPAIC1的左侧，配置低频带用功率输入信号Pin_LB的输入端子，其经由键合线BW与HPAIC1连接。HPAIC1放大Pin_LB，将低频带用功率输出信号Pout_LB经由BW向输出端子输出。在该输出端子(Pout_LB)之前配置阻抗匹配电路MN_LB、耦合器CPL_LB。MN_LB、CPL_LB由PCB上的布线模式、SMD(Surface Mount Device)等构成的各种外接部件(电容等)实现。CPL_LB是检测Pout_LB的功率电平的电路，该检测结果通过反馈到HPAIC1，将Pout_LB的功率电平调节为规定的电平。
在HPAIC1的右侧，配置高频带用功率输入信号Pin_HB的输入端子，其经由BW与HPAIC1连接。HPAIC1将Pin_HB放大，将高频带用功率输出信号Pout_HB经由BW向输出端子输出。在该输出端子(Pout_HB)之前，配置阻抗匹配电路MN_HB、耦合器CPL_HB。MN_HB、CPL_HB由PCB上的布线模式、SMD等构成的各种外接部件(电容等)实现。CPL_HB是检测Pout_HB的功率电平的电路，该检测结果通过反馈到HPAIC1，将Pout_HB的功率电平调节为规定的电平。
在HPAIC1的上侧，配置如图6等所述的Sctl用的多个端子，HPAIC1经由BW将Sctl输出到该端子，其在PCB上传送后，经由BW输入到ANTSW。在ANTSW的周围，配置图1、图7等所示的各种端子(TXLB，TXHB，RXLB，RXHB，TRXA，TRXB，PNant)，它们经由BW与ANTSW连接。其中，经由前述MN_LB传送的信号输入到GSM的低频带用的发送端子TXLB，经由前述MN_HB传送的信号输入到GSM的高频带用的发送端子TXHB。
《LDMOSFET的构造》
图12是示出图1的无线通信系统中的高频模块RFMD内所包含的GSM用的功率放大器电路PA的构造例的截面图。如前所述，GSM用的功率放大器电路PA1l～PA3l、PA1h～PA3h可用LDMOSFET(横方向扩散MOSFET)构成。如图12所示，在p+型单晶硅构成的半导体基板101的主面，形成由p-型单晶硅构成的外延层102，在外延层102的主面的一部分，形成抑制空乏层从LDMOSFET的漏极区域向源极区域延伸的作为防止冲切穿通塞(punchthrough stopper)的p型阱区106。在p型阱区106的表面，隔着由氧化硅膜等构成的栅极绝缘膜107形成LDMOSFET的栅极电极108。栅极电极108由例如n型的多晶硅膜或由n型的多晶硅膜和金属硅化物膜的层叠膜等组成，在栅极电极108的侧壁，形成由氧化硅膜等组成的侧壁111。
在夹着外延层102的内部的沟道形成区域而相互离间的区域，形成LDMOSFET的源极区域和漏极区域。漏极区域包含：与沟道形成区域相接的n-型偏移漏极区域109；与n-型偏移漏极区域109相接，从沟道形成区域离开地形成的n型偏移漏极区域112；与n型偏移漏极区域112相接，从沟道形成区域进一步离开地形成的n+型漏极区域113。这些n-型偏移漏极区域109、n型偏移漏极区域112及n+型漏极区域113中，离栅极电极108最近的n-型偏移漏极区域109的杂质浓度最低，离栅极电极108最远的n+型漏极区域113的杂质浓度最高。
LDMOSFET的源极区域包含：与沟道形成区域相接的n-型源极区域110；与n-型源极区域110相接，从沟道形成区域离开地形成的杂质浓度比n-型源极区域110高的n+型源极区域114。在n-型源极区域110的下部，也可以形成p型晕圈区域(ptype halo region)(未图示)。在n+型源极区域114的端部(与n-型源极区域110相接侧的相反侧的端部)，形成与n+型源极区域114相接的p型冲切层104。在p型冲切层104的表面附近，形成p+型半导体区域115。p型冲切层104是用于将LDMOSFET的源极区域和半导体基板101电气连接的导电层，例如由在外延层102形成的沟103的内部埋入的p型多晶硅膜形成。
LDMOSFET的p型冲切层104(p+型半导体区域115)、源极区域(n+型源极区域114)及漏极区域(n+型漏极区域113)的各自的上部，与在绝缘膜121(层间绝缘膜)形成的接触孔122内的插栓123连接。在p型冲切层104(p+型半导体区域115)及源极区域(n+型源极区域114)，经由插头123与源极电极124a连接，在漏极区域(n+型漏极区域113)，经由插头123与漏极电极124b连接。
源极电极124a及漏极电极124b分别经由在覆盖源极电极124a及漏极电极124b的绝缘膜(层间绝缘膜)125形成的通孔126内的插栓127与布线128连接。在布线128的上部，形成由氧化硅膜和氮化硅膜的层叠膜组成的表面保护膜(绝缘膜)129。虽然未图示，由从在表面保护膜129形成的开口部露出的布线128(及其上形成的金属膜等)形成焊盘电极(键合焊盘)。另外，在半导体基板101的背面形成背面电极(源极背面电极)130。
《HEMT的构造》
图13是示出图1及图7的无线通信系统的高频模块RFMD内所包含的天线开关装置ANTSW的构造例的截面图。如前所述，ANTSW内的各天线开关电路可用HEMT元件构成。图13中，在半绝缘性基板200上形成外延层201。半绝缘性基板200是由化合物半导体即GaAs基板构成的以下所示的基板。即，在禁带宽度大的化合物半导体中，若添加某种的杂质，则在禁带的内部形成深的能级。该深的能级的电子及空穴被固定，传导带的电子密度或价电子带的空穴密度变得非常小，接近绝缘体。这样的基板称为半绝缘性基板。在GaAs基板中，通过添加Cr、In、氧等或者过度导入砷而形成深能级，成为半绝缘性基板。
半绝缘性基板200上形成的外延层201由例如GaAs层形成。在该外延层201上形成缓冲层202，在该缓冲层202上形成AlGaAs层203。该AlGaAs层203加工为台面形状，进行元件分离。然后在AlGaAs层203上形成栅极电极206。栅极电极206例如由以Pt(铂)为最下层的金属层形成，使用从下层依次层叠Pt、Ti(钛)、Pt、Au(金)而成的层叠膜。从而，AlGaAs层203和栅极电极206(最下层的Pt)形成肖特基结。而且，以隔着间隙地夹着栅极电极206的方式，形成n型GaAs层204，在该n型GaAs层204上形成欧姆电极205a、205b。该欧姆电极205a和205b构成为与n型GaAs层204欧姆接触。
前述高电子迁移率晶体管(HEMT)是在半绝缘性基板(化合物半导体基板)200上层叠地形成高电阻外延层201(GaAs层)和AlGaAs层203，利用在GaAs层和AlGaAs层的异质结界面出现的三角形的阱势。该高电子迁移率晶体管(HEMT)在AlGaAs层203的表面形成金属膜，具有肖特基障壁型的栅极电极206，形成以夹持该栅极电极206的方式设置用于在异质结界面流过电流的欧姆性的源极电极(欧姆电极205a)和漏极电极(欧姆电极205b)的构造。
高电子迁移率晶体管(HEMT)将在该阱势形成的2维电子气体用作载体。在异质结界面存在的阱势的宽度仅仅是与电子的波长相同程度，电子仅仅可进行沿界面的2维的运动，因此具有可获得大电子迁移率的特性。从而，由于2维电子气体的高迁移率特性，高频特性及高速特性优异，噪声非常少，因此，可用于要求高速性的天线开关。
《便携电话系统(无线通信系统)的全体构成》
图14是示出应用了本发明一实施例的无线通信系统的便携电话系统的构成例的框图。图14的便携电话系统具备基带单元BBU、高频系统部RFSYS、天线ANT、扬声器SPK及麦克风MIC。BBU例如通过将SPK、MIC所使用的模拟信号变换为数字信号或者进行与通信伴随的各种各样的数字信号处理(调制，解调，数字滤波器处理等)，或进行与通信伴随的各种控制信号的输出等。该各种控制信号中，包含切换前述的发送、接收等的各种动作模式的模式设定信号Mctl和指示发送功率的功率指示信号Vramp。
RFSYS具备高频信号处理装置RFIC、SAW(Surface AcousticWave)滤波器、高频模块RFMD、高频功率放大装置HPAIC2、双工器DPX。RFIC如图1等所示，包含发送用混频电路、接收用混频电路、低噪声放大器电路等，主要在BBU所使用的基带信号和RFMD所使用的高频信号之间进行频率变换(上变频、下变频)等。RFMD由例如一个模块布线基板实现，在该基板上安装高频功率放大装置HPAIC1、耦合器CPL、低通滤波器LPF、天线开关装置ANTSW等。如图1等所示，HPAIC2将从RFIC输出的W-CDMA用的发送信号放大，DPX将该W-CDMA用的发送信号向ANTSW输出，并且将从ANTSW输入的W-CDMA用的接收信号向RFIC输出。
HPAIC1具备：将从RFIC的发送用混频电路等输出的发送信号放大的功率放大器电路部PABK；控制该发送功率的自动功率控制电路APC。APC设置在图1所示的全体控制电路CTLC内。耦合器CPL检测PABK的发送功率，将该检测结果输出到APC。APC根据从BBU通知的Vramp和CPL的检测结果，进行PABK的控制。LPF对PABK的发送信号进行滤波和阻抗匹配等，并向ANTSW输出。ANTSW根据按来自BBU的Mctl由HPAIC1生成的天线开关控制信号Sctl，进行开关的切换。ANTSW根据Sctl，将来自LPF的GSM用的发送信号传送到天线ANT，将来自ANT的GSM用的接收信号传送到SAW滤波器，而且，在DPX和ANT间传送W-CDMA用的收发信号。SAW滤波器从GSM用的接收信号仅仅抽出必要的带域，并输出到RFIC。RFIC将来自该SAW滤波器的接收信号用低噪声放大器电路放大，由接收用混频电路变换为基带信号。
以上，根据实施例具体地说明了本发明者所完成的发明，但是本发明不限于上述实施例，在不脱离要旨的范围可进行各种变更。
【符号的说明】
101 半导体基板
102 外延层
103 沟
104 p型冲切层
106 p型阱区
107 栅极绝缘膜
108 栅极电极
109 n-型偏移漏极区域
110 n-型源极区域
111 侧壁
112 n型偏移漏极区域
113 n+型漏极区域
114 n+型源极区域
115 p+型半导体区域
121 绝缘膜
122 接触孔
123 插栓
124a 源极电极
124b 漏极电极
125 绝缘膜
126 通孔
127 插栓
128 布线
129 表面保护膜
130 背面电极
200 半绝缘性基板
201 外延层
202 缓冲层
203 AlGaAs层
204 n型GaAs层
205a 欧姆电极
205b 欧姆电极
206 栅极电极
ADC 模拟/数字变换电路
AMP 放大器电路
ANT 天线
ANT CTL天线开关控制电路
BBU 基带单元
BGR 基准电压生成电路
BST 升压电路
BW 键合线
C 电容
CPL 耦合器
CTLC 全体控制电路
D 二极管
DAC 数字/模拟变换电路
DPX 双工器
GBST 栅极升压电路
HPAIC 高频功率放大装置
IV 反相电路
LNA 低噪声放大器电路
LPF 低通滤波器
LS 电平移动电路
MIC 麦克风
MIX 混频电路
MN 阻抗匹配电路
MP PMOS晶体管
OSC 振荡电路
PA 功率放大器电路
PABK 功率放大器电路部
PCB 布线基板
PNant 天线连接用端子
Q HEMT元件
R 电阻
RFIC 高频信号处理装置
RFMD 高频模块
RFSYS 高频系统部
ROSC 环形振荡器电路
RXLB，RXHB 接收端子
S 开关电路
SAWSA W滤波器
SBD 肖特基势垒二极管
SPK 扬声器
SW 天线开关电路
TRXA，TRXB 收发端子
TXLB，TXHB 发送端子
VCTL 天线开关用电压控制电路
VGEN 电压生成电路
VSEL 电压选择电路

Claims (15)

1.一种高频模块，其特征在于，
该高频模块具备第1半导体芯片及第2半导体芯片和安装有上述第1半导体芯片及第2半导体芯片的布线基板，
上述第1半导体芯片具备：
第1功率放大电路，放大第1频带的输入信号，并输出上述第1频带的发送信号；
电压选择电路，选择并输出第1电压电平或者第2电压电平；和
控制电路，接受表示上述第1频带或者第2频带的模式设定信号，进行上述第1功率放大电路及上述电压选择电路的控制，并使用上述电压选择电路的输出进行第1控制信号及第2控制信号的输出，
上述第2半导体芯片具备：
第1发送端子，输入来自上述第1功率放大电路的上述第1频带的发送信号；
第2发送端子，输入上述第2频带的发送信号；
天线连接用端子；
第1开关，设置在上述第1发送端子和上述天线连接用端子之间，由上述第1控制信号的电压电平控制导通/截止；和
第2开关，设置在上述第2发送端子和上述天线连接用端子之间，由上述第2控制信号的电压电平控制导通/截止，
上述电压选择电路包含振荡电路，通过使用来自上述振荡电路的时钟信号使上述第1电压电平升压来生成上述第2电压电平，
上述控制电路
根据上述模式设定信号选择了上述第2频带时，使上述电压选择电路选择上述第2电压电平，通过输出具有接地电压电平和上述第2电压电平的振幅的上述第1控制信号及第2控制信号，分别地进行驱动，使上述第1开关截止，使上述第2开关导通；
根据上述模式设定信号选择了上述第1频带时，使上述电压选择电路的上述振荡电路停止，并且使上述电压选择电路选择上述第1电压电平，通过输出具有上述接地电压电平和上述第1电压电平的振幅的上述第1控制信号及第2控制信号，分别地进行驱动，使上述第1开关导通，使上述第2开关截止。
2.如权利要求1所述的高频模块，其特征在于，
上述第2半导体芯片还具备第1升压电路，在将上述第1开关控制成导通时，使用输入到上述第1发送端子的功率使上述第1控制信号的电压电平升压，使用该升压电压将上述第1开关控制成导通。
3.如权利要求2所述的高频模块，其特征在于，
上述第1开关及第2开关是HEMT元件。
4.如权利要求3所述的高频模块，其特征在于，
上述第1功率放大电路具备MISFET作为放大元件。
5.如权利要求1所述的高频模块，其特征在于，
上述电压选择电路除了上述振荡电路以外，还具备：
基准电压生成电路，生成不依赖于外部环境的基准电压；
第1电压生成电路，使用上述基准电压生成上述第1电压电平；
第2升压电路，通过使用上述第1电压电平和来自上述振荡电路的上述时钟信号进行充电泵动作而生成上述第2电压电平；和
选择开关，选择上述第1电压电平或者上述第2电压电平。
6.如权利要求5所述的高频模块，其特征在于，
上述第2升压电路具备：
第1充电泵电路，使用上述第1电压电平和来自上述振荡电路的上述时钟信号的正极侧进行充电泵动作；
第2充电泵电路，使用上述第1电压电平和来自上述振荡电路的上述时钟信号的负极侧进行充电泵动作；和
合成电路，针对上述时钟信号的每半周期交互地合成来自上述第1充电泵电路的输出电压和来自上述第2充电泵电路的输出电压，从而生成上述第2电压电平。
7.如权利要求1所述的高频模块，其特征在于，
上述第1频带是GSM用的频带，
上述第2频带是W-CDMA用的频带。
8.一种无线通信系统，其特征在于，
该无线通信系统具备：由彼此不同的半导体芯片构成的第1功率放大装置、第2功率放大装置以及天线开关装置，和双工器，
上述第2功率放大装置具有第2功率放大电路，放大第2频带的输入信号，并输出上述第2频带的发送信号向上述双工器，
上述第1功率放大装置具备：
第1功率放大电路，将第1频带的输入信号放大，将上述第1频带的发送信号输出；
电压选择电路，选择并输出第1电压电平或者第2电压电平；和
控制电路，接受表示上述第1频带或者第2频带的模式设定信号，进行上述第1功率放大电路及上述电压选择电路的控制，并使用上述电压选择电路的输出进行第1控制信号及第2控制信号的输出，
上述天线开关装置具备：
第1发送端子，输入来自上述第1功率放大电路的上述第1频带的发送信号；
第1收发端子，输入从上述第2功率放大电路经由上述双工器输出的上述第2频带的发送信号，并且向上述双工器输出上述第2频带的接收信号；
天线连接用端子；
第1开关，设置在上述第1发送端子和上述天线连接用端子之间，由上述第1控制信号的电压电平控制导通/截止；和
第2开关，设置在上述第1收发端子和上述天线连接用端子之间，由上述第2控制信号的电压电平控制导通/截止，
上述电压选择电路包含振荡电路，通过使用来自上述振荡电路的时钟信号使上述第1电压电平升压从而生成上述第2电压电平，
上述控制电路
根据上述模式设定信号选择了上述第2频带时，使上述电压选择电路选择上述第2电压电平，通过输出具有接地电压电平和上述第2电压电平的振幅的上述第1及第2控制信号，分别地进行驱动，使上述第1开关截止，使上述第2开关导通；
根据上述模式设定信号选择了上述第1频带时，使上述电压选择电路的上述振荡电路停止，并且使上述电压选择电路选择上述第1电压电平，通过输出具有上述接地电压电平和上述第1电压电平的振幅的上述第1控制信号及第2控制信号，分别地进行驱动，使上述第1开关导通，使上述第2开关截止。
9.如权利要求8所述的无线通信系统，其特征在于，
上述天线开关装置还具备第1升压电路，在将上述第1开关控制成导通时，使用输入到上述第1发送端子的功率使上述第1控制信号的电压电平升压，使用该升压电压将上述第1开关控制成导通。
10.如权利要求9所述的无线通信系统，其特征在于，
上述第1开关及第2开关是HEMT元件。
11.如权利要求10所述的无线通信系统，其特征在于，
上述第1功率放大电路具备MISFET作为放大元件，
上述第2功率放大电路具备异质结双极晶体管作为放大元件。
12.如权利要求8所述的无线通信系统，其特征在于，
上述电压选择电路除了上述振荡电路以外，还具备：
基准电压生成电路，生成不依赖于外部环境的基准电压；
第1电压生成电路，使用上述基准电压生成上述第1电压电平；
第2升压电路，通过使用上述第1电压电平和来自上述振荡电路的上述时钟信号进行充电泵动作而生成上述第2电压电平；和
选择开关，选择上述第1电压电平或者上述第2电压电平。
13.如权利要求12所述的无线通信系统，其特征在于，
上述第2升压电路具备：
第1充电泵电路，使用上述第1电压电平和来自上述振荡电路的上述时钟信号的正极侧进行充电泵动作；
第2充电泵电路，使用上述第1电压电平和来自上述振荡电路的上述时钟信号的负极侧进行充电泵动作；和
合成电路，针对上述时钟信号的每半周期交互地合成来自上述第1充电泵电路的输出电压和来自上述第2充电泵电路的输出电压，从而生成上述第2电压电平。
14.如权利要求8所述的无线通信系统，其特征在于，
上述第1频带是GSM用的频带，
上述第2频带是W-CDMA用的频带。
15.如权利要求8所述的无线通信系统，其特征在于，
上述第1功率放大装置和上述天线开关装置安装在同一模块布线基板上，
上述第2功率放大装置和上述双工器配置在上述模块布线基板以外的位置。
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