DE60207189T2

DE60207189T2 - Hochfrequenzschaltung

Info

Publication number: DE60207189T2
Application number: DE60207189T
Authority: DE
Inventors: Yoshikazu Nakahara-ku Nishimura
Original assignee: NEC Compound Semiconductor Devices Ltd
Current assignee: Renesas Electronics Corp
Priority date: 2001-12-19
Filing date: 2002-12-18
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2022-12-19
Also published as: EP1341301B1; EP1341301A1; JP2003188752A; US6809592B2; JP3708869B2; US20030112074A1; DE60207189D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochfrequenzschaltung mit einer Funktion zum Schalten eines Bandes in einer Anzahl von Schaltungsblöcken, von denen jeder mit einem Hochfrequenzsignal in Verbindung steht.
1 ist ein Schaltbild einer herkömmlichen Hochfrequenzschaltung 40 zum Treiben eines der Bänder in einem Leistungsverstärker, die ein Dualband-Leistungsverstärkungsmodul ausführt.
Die dargestellte Hochfrequenzschaltung 40 hat einen Haupttransistor 50, eine Vorspannungsschaltung 51, die der Basis des Haupttransistors 50 einen Strom zuführt, eine Bandschaltschaltung 52 zum Schalten eines Bandes und eine Verstärkungsfaktorsteuerschaltung 53.
Der Haupttransistor 50 ist über seinen Kollektor mit einem Energiequellenspannungsanschluss Vcc verbunden, über welchen eine Energiequellenspannung zugeführt wird und ist ferner durch seine Basis mit einem Eingangsanschluss Vin verbunden, über welchen ein Hochfrequenzsignal eingegeben wird.
Die Vorspannungsschaltung 51 hat einen ersten Transistor 54, einen zweiten Transistor 55 und einen ersten Widerstand 56.
Der erste Transistor 54 ist durch seinen Kollektor elektrisch mit dem Energiequellenspannungsanschluss Vcc verbunden und ist ferner mit seinem Emitter sowohl mit der Basis des Haupttransistors 50 als auch mit der Basis des zweiten Transistors 55 elektrisch verbunden.
Der zweite Transistor 55 ist mit seinem Kollektor über den ersten Widerstand 56 mit den Energiequellenspannungsanschluss Vcc elektrisch verbunden und ist ferner mit seiner Basis sowohl mit der Basis des Haupttransistors 50 als auch mit dem Emitter des ersten Transistors 54 elektrisch verbunden.
Die Bandschaltschaltung 52 hat einen dritten Transistor 57, einen vierten Transistor 58, einen fünften Transistor 59, einen zweiten Widerstand 60, einen dritten Widerstand 61 und einen vierten Widerstand 62.
Der dritte Transistor 57 ist mit seiner Basis über den zweiten Widerstand 60 mit einem Bandschalt-Spannungsanschluss Vsw elektrisch verbunden, über welchen eine Bandschaltspannung zugeführt wird und ist ferner mit seinem Kollektor über den dritten Widerstand mit dem Energiequellenspannungsanschluss Vcc elektrisch verbunden.
Der vierte Transistor 58 ist mit seiner Basis mit einem Knoten D elektrisch verbunden, mit welchem der Kollektor des dritten Transistors 57 und der dritte Widerstand 61 elektrisch verbunden sind und ist ferner mit seinem Kollektor über den vierten Widerstand 62 mit dem Energiequellenspannungsanschluss Vcc elektrisch verbunden.
Der fünfte Transistor 59 ist mit seiner Basis mit einem Knoten elektrisch verbunden, mit welchem der Kollektor des vierten Transistors 58 und der vierte Widerstand 62 elektrisch verbunden sind und ist ferner mit seinem Kollektor mit einem Knoten elektrisch verbunden, mit welchem der Kollektor des zweiten Transistors 55 und der erste Widerstand 56 elektrisch verbunden sind.
Die Verstärkungsfaktorsteuerschaltung 53 ist mit einem Verstärkungsfaktorsteuerspannungsanschluss Vagc elektrisch verbunden, über welchen eine Verstärkungsfaktorsteuerspannung zugeführt wird und ist ferner mit einem Knoten C elektrisch verbunden, an welchem der Kollektor des fünften Transistors 59 und der Knoten, an welchem der Kollektor des zweiten Transistors 55 und der erste Widerstand 56 elektrisch miteinander verbunden sind, elektrisch miteinander verbunden sind.
In der in der 1 dargestellten herkömmlichen Hochfrequenzschaltung 40 wird der Verstärkungsfaktor des Haupttransistors 50 durch die Verstärkungsfaktorsteuerschaltung 53 gesteuert und ein Band wird geschaltet, wenn eine Bandschaltspannung, die durch den Bandschaltspannungsanschluss Vsw zugeführt wird, zwischen hohen und niedrigen Pegeln umgeschaltet ist. Im einzelnen wird ein Band abgeschaltet, wenn ein Referenzstrom I₁, der durch die Vorspannungsschaltung 51 läuft, durch den fünften Transistor 59 als ein Strom I₂ geht, während ein Band eingeschaltet wird, wenn ein Pfad, durch welchen der Strom I₂ fließt, unterbrochen ist. Somit wird ein Band ein- oder ausgeschaltet, indem der Referenzstrom I₁ durch einen Pfad fließen kann oder der Pfad unterbrochen wird.
Die in der 1 dargestellte herkömmliche Hochfrequenzschaltung 40 empfängt beispielsweise eine Anzahl von Hochfrequenzsignalen, die identisch miteinander sind oder sich voneinander unterscheiden und verstärkt dann jedes der empfangenen Hochfrequenzsignale oder wandelt die Frequenzen der empfangenen Hochfrequenzsignale um.
Eine Hochfrequenzschaltung wie in der 1 dargestellt, wird derzeit häufig in einer Mobilkommunikationsvorrichtung, wie beispielsweise einem Mobiltelefon verwendet.
Es ist für ein Mobiltelefon, das durch eine darin angeordnete Batterie betrieben wird, ziemlich wichtig, dass es mit einer kleineren Baugröße hergestellt und so gestaltet sein kann, dass es mit einem kleineren Energieverbrauch betrieben werden kann.
Insoweit ist es erforderlich, dass bei der Hochfrequenzschaltung 40 gemäß 1 ein Strom, der durch den Energiequellenspannungsanschluss Vcc fließt, ob ein Bereich von ungefähr 10 bis ungefähr 30 μA reduziert wird, wenn die Verstärkungsfaktorsteuerspannung auf 0,1 V gesenkt ist. Ein kleinerer Strom, der durch den Energiequellenspannungsanschluss Vcc fließt, ist bevorzugter, da der Strom eine Zeitspanne definiert, während welcher eine Batterie die in dem Mobiltelefon angeordnet ist, arbeiten kann.
Das Band in der 1 gezeigten, herkömmlichen Hochfrequenzschaltung 40 wurde jedoch lediglich durch Umwandeln der Richtung, in welcher der Referenzstrom I₁ fließt, geschal tet und demgemäß war es in der herkömmlichen Hochfrequenzschaltung 40 nicht möglich, den Strom zu reduzieren, der durch den Energieversorgungsspannungsanschluss Vcc fließt, wenn die Verstärkungsfaktorsteuerspannung auf 0,1 V gesetzt worden war.
Die US-2001/0011926-A1 beschreibt einen Mehrfachbandverstärker mit mehreren Stufen. Das Halten von Impedanznetzwerken wird zwischen aufeinander folgenden Stufen des Verstärkers verwendet, um eine exakte Zwischenstufenimpedanz zu erzeugen und die Impedanzanpassung wird durch ein externes Steuersignal gesteuert.
Angesichts der vorstehenden Probleme bei den herkömmlichen Hochfrequenzschaltungen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Hochfrequenzschaltung zu schaffen, die den Strom, welcher durch einen Energieversorgungsspannungsanschluss fließt, auf Zehner von Mikroampere (μA) selbst dann zu reduzieren, wenn die Verstärkungsfaktorsteuerspannung relativ gering ist, beispielsweise 0,1 V.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Hochfrequenzschaltung mit einer Funktion zum Schalten eines Bandes in einer Vorspannungsschaltung eines Leistungsverstärkermoduls, das in einem Dualmodus verwendet wird, und Ausführen einer Bandschaltung ohne Erhöhung eines Schaltungsstromes, wenn der Leistungsverstärker ausgeschaltet ist.
Im einzelnen ist eine Hochfrequenzschaltung geschaffen, mit (a) einer Vorspannschaltung, an der eine Verstärkungsfaktorsteuerspannung eingegeben wird und die die Verstärkungsfaktoren von Transistoren, die in der Vorspannschaltung angeordnet sind, in Übereinstimmung mit der Verstärkungsfaktorsteuerspannung steuert, und (b) einer Bandschaltschaltung, die ein Band schaltet und durch die ein Referenzstrom läuft, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Bandschaltschaltung einen Pfadunterbrechungstransistor aufweist, der einen Strompfad, durch welchem der Referenzstrom läuft, synchron mit der Verstärkungsfaktorsteuerspannung abschneidet.
Die Vorteile, die durch die vorstehende vorliegende Erfindung erzielt werden, werden im Folgenden beschrieben.
Die Hochfrequenzschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht Reduzierung eines Stromes, der durch einen Energieversorgungsspannungsanschluss fließt, auf Zehner von Mikroampere (μA), selbst wenn die Verstärkungsfaktorsteuerspannung relativ niedrig ist, beispielsweise ungefähr 0,1 V.
1 zeigt ein Schaltbild einer herkömmlichen Hochfrequenzschaltung.
2 zeigt ein Schaltbild einer Hochfrequenzschaltung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Schaltbild einer Hochfrequenzschaltung 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Hochfrequenzschaltung 10 gemäß der Ausführungsform besteht aus einer Bandschaltung 11 zum Schalten eines Bandes, einer Vorspannungsschaltung 12 und einem Haupttransistor 13.
Die Bandschaltschaltung 11 besteht aus einem ersten Transistor Tr1, einem zweiten Transistor Tr2, einem ersten Widerstand R1, einem zweiten Widerstand R2, einem dritten Widerstand R3, einem vierten Widerstand R4 und einem fünften Widerstand R5.
Jeder der ersten und zweiten Transistoren Tr1 und Tr2 besteht aus einem Feldeffekttransistor (FET).
Der erste Transistor Tr1 ist mit seinem Gate über den dritten und zweiten Widerstand R2 und R3 mit einem Bandschaltspannungsanschluss Vsw elektrisch verbunden, über welchen eine Bandschaltspannung zugeführt wird, sein Emitter ist mit dem Kollektor des zweiten Transistors Tr2 elektrisch verbunden und sein Kollektor ist über den ersten Widerstand R1 mit einem Energieversorgungsspannungsanschluss Vcc elektrisch verbunden, über welchen eine Energieversorgungsspannung zugeführt wird.
Der zweite Transistor Tr2 ist mit seinem Kollektor mit dem Emitter des ersten Transistors Tr1 elektrisch verbunden und sein Gate ist über den fünften Widerstand R5 mit einem Verstärkungsfaktorsteuerspannungsanschluss Vagc elektrisch verbunden, über welchen eine Verstärkungsfaktorsteuerspannung zugeführt wird.
Der vierte Widerstand R4 ist mit einem Ende eines Knotens elektrisch verbunden, an welchem das Gate des ersten Transistors Tr1 und der dritte Widerstand R3 elektrisch verbunden sind und ist mit seinem anderen Ende an Masse angeschlossen.
Die Vorspannungsschaltung 12 besteht aus einem dritten Transistor Tr3, einem vierten Transistor Tr4, einem fünften Transistor Tr5, einem sechsten Transistor Tr6 und einem siebten Transistor Tr7.
Der dritte Transistor Tr3 ist mit seinem Kollektor elektrisch an den Verstärkungsfaktorsteuerspannungsanschluss Vagc angeschlossen und seine Basis ist elektrisch an einen Knoten angeschlossen, an welchem der Kollektor des ersten Transistors Tr1 und der erste Widerstand R1 miteinander elektrisch verbunden sind.
Der vierte Transistor Tr4 und der fünfte Transistor Tr5 sind miteinander in Reihe geschaltet. Ähnlich sind der sechste Transistor Tr6 und der siebte Transistor Tr7 miteinander in Reihe geschaltet. Der vierte Transistor Tr4 und der sechste Transistor Tr6 bilden ein Transistorpaar und der fünfte Transistor Tr5 und der siebte Transistor Tr7 bilden ein Transistorpaar.
Im einzelnen ist der Kollektor des vierten Transistors Tr4 mit dem Kollektor des dritten Transistors Tr3 elektrisch verbunden, sein Emitter ist mit dem Kollektor des fünften Transistors Tr5 elektrisch verbunden und seine Basis ist mit der Basis des sechsten Transistors Tr6 elektrisch verbunden.
Der fünfte Transistor Tr5 ist mit seinem Kollektor elektrisch an den Emitter des vierten Transistors Tr4 angeschlossen und seine Basis ist an die Basis des siebten Transistors Tr7 angeschlossen.
Der sechste Transistor Tr6 ist mit seinem Kollektor mit dem Energieversorgungsspannungsanschluss Vcc elektrisch verbunden, sein Emitter ist mit dem Kollektor des siebten Transistors Tr7 elektrisch verbunden und seine Basis ist mit der Basis des vierten Transistors Tr4 elektrisch verbunden.
Der siebte Transistor Tr7 ist mit seinem Kollektor mit dem Emitter des sechsten Transistors Tr6 elektrisch verbunden und seine Basis ist mit der Basis des fünften Transistors Tr5 elektrisch verbunden.
Der Haupttransistor 13 ist mit seinem Kollektor mit dem Energieversorgungsspannungsanschluss Vcc elektrisch verbunden und seine Basis ist sowohl mit dem Knoten, an welchen der Emitter des sechsten Transistors Tr6 als auch der Kollektor des siebten Transistors Tr7 elektrisch verbunden sind, und mit einem Knoten elektrisch verbunden, an welchem die Basis des siebten Transistors Tr7 und die Basis des fünften Transistors Tr5 elektrisch miteinander verbunden sind.
In der Hochfrequenzschaltung 10 gemäß der Ausführungsform wird das durch einen Eingangsanschluss Vin eingegebene Hochfrequenzsignal durch zwei Transistorpaare Tr4, Tr6 und Tr5, Tr7 verstärkt und dann an den Energieversorgungsspannungsanschluss Vcc ausgegeben. Die zwei Transistorpaare Tr4, Tr6 und Tr5, Tr7 führen eine Bandschaltung ohne Erhöhung eines Schaltungsstroms, der in der Hochfrequenzschaltung 10 fließt, wenn diese durch die Verstärkungsfaktorsteuerspannung in einen Aus-Modus geschaltet ist.
Die Hochfrequenzschaltung 10 wird sowohl durch die Bandschaltspannung als auch die Verstärkungsfaktorsteuerspannung gemäß der folgenden Logik gesteuert.
Im Folgenden wird die Funktionsweise der Hochfrequenzschaltung gemäß der Ausführungsform erläutert.
Beispielsweise wird angenommen, dass eine Verstärkungsfaktorsteuerspannung von 2,0 V über den Verstärkungsfaktorsteuerspannungsanschluss Vagc an die Hochfrequenzschaltung 10 angelegt wird und eine Spannung von 3,5 V sowohl an das Transistorpaar Tr4 und Tr6 als auch das Transistorpaar Tr5 und Tr7 über den Energieversorgungsspannungsanschluss Vcc angelegt wird. Unter der Annahme ist ein Strom, der durch das Transistorpaar Tr4 und Tr6 und das Transistorpaar Tr5 und Tr7 fließen soll, von einem Strom abhängig, der durch einen Referenzzweig fließt.
In einer derartigen Schaltung, die als Hochfrequenzschaltung 10 zwei Transistorpaare, welche ein Dualband definieren, hat, wäre es notwendig, ein Band zu schalten, d.h. Transistoren, welche Transistorenpaare definieren, ein- oder auszuschalten. In der Hochfrequenzschaltung 10 wird die Bandschaltung durch die Bandschaltschaltung 11 durchgeführt, die die ersten bis fünften Widerstände R1 bis R5, den ersten Transistor Tr1 und den zweiten Transistor Tr2 aufweist.
Wenn beispielsweise eine Bandschaltspannung, die über den Bandschaltspannungsanschluss Vsw eingegeben ist, auf einem niedrigen Pegel ist (beispielsweise 1,0 V), wird der erste Transistor Tr1 ausgeschaltet. Dies bewirkt, dass die Spannung V1 am Knoten, an welchem der Kollektor des ersten Transistors Tr1 und der erste Widerstand R1 miteinander verbunden sind, auf einem hohen Pegel ist und somit wird der dritte Transistor Tr3 eingeschaltet. Als Ergebnis werden die Transistorpaare, die in einem ersten Band A angeordnet sind, eingeschaltet.
Wenn die Verstärkungsfaktorsteuerspannung in dem Aus-Zustand ist, beispielsweise gleich 0,1 V, ist der erste Transistor Tr1 ausgeschaltet. Demgemäß fließt kein Referenzstrom I₁ durch den ersten Transistor Tr1 und daher fließt kein Strom durch den Energieversorgungsspannungsanschluss Vcc.
Wenn die über den Bandschaltspannungsanschluss Vsw eingegebene Bandschaltspannung auf einem hohen Pegel (beispielsweise 3,0 V) ist, ist der erste Transistor Tr1 eingeschaltet. Dies bewirkt, dass die Spannung V1 auf einen niedrigen Pegel geschaltet wird und somit der dritte Transistor Tr3 ausgeschaltet ist. Als Ergebnis sind die Transistorpaare, die in dem ersten Band A angeordnet sind, ausgeschaltet.
Da die Bandschaltspannung mit dem hohen Pegel ferner an einen Transistor entsprechend dem dritten Transistor Tr3 angelegt ist, der in einem zweiten Band B angeordnet ist, werden die Transistorpaare, die in dem zweiten Band B angeordnet sind, eingeschaltet.
Wenn die Verstärkungsfaktorsteuerspannung in dem Aus-Zustand ist, beispielsweise gleich 0,1 V, ist der erste Transistor Tr1 eingeschaltet, in welchem Fall es möglich wäre, einen Strom, der durch den Energieversorgungsspannungsanschluss Vcc fließt, auf Null zu reduzieren, wenn jeder der ersten und zweiten Transistoren Tr1 und Tr2 aus einem Feldeffekttransistor (FET) vom Anreicherungstyp besteht, der eine Schwellwertspannung von 0,1 V, vorzugsweise 0,2 V hat, der Verstärkungsfaktorsteuerspannungsanschluss Vagc elektrisch an das Gate des zweiten Transistors Tr2 angeschlossen ist und der zweite Transistor Tr2 gemäß der Verstärkungsfaktorsteuerspannung geschlossen ist.
Wie insoweit erläutert, ist in der Hochfrequenzschaltung 10 gemäß der Ausführungsform die Bandschaltschaltung 11 so konstruiert, dass sie den ersten und zweiten Transistor Tr1 und Tr2 aufweist, die elektrisch kaskadenförmig geschaltet sind, das Gate des zweiten Transistors Tr2, das in der Bandschaltschaltung 11 unterhalb des ersten Transistors Tr1 liegt, mit dem Verstärkungsfaktorsteuerspannungsanschluss Vagc elektrisch verbunden ist und zusätzlich jeder der ersten und zweiten Transistoren Tr1 und Tr2 aus einem Feldeffekttransistor vom vollständigen Anreicherungstyp besteht. Als Ergebnis kann die Hoch frequenzschaltung 10 ein Band schalten, ohne dass ein Schaltungsstrom erhöht wird, was durch die Vorspannungsschaltung 12 verursacht wird, wenn die Verstärkungsfaktorsteuerspannung im Aus-Modus ist.
Obwohl bei der vorstehenden Ausführungsform sowohl der erste als auch der zweite Transistor Tr1 und Tr2 aus einem Feldeffekttransistor bestehen, ist anzumerken, dass jeder der ersten und zweiten Transistoren Tr1 und Tr2 aus einem Bipolartransistor bestehen kann.

Claims

Hochfrequenzschaltung (10) mit: (a) einer Vorspannschaltung (12), an der eine Verstärkungsfaktorsteuerspannung eingegeben wird und die die Verstärkungsfaktoren von Transistoren, die in der Vorspannschaltung (12) angeordnet sind, in Übereinstimmung mit der Verstärkungsfaktorsteuerspannung steuert; und (b) eine Bandschaltschaltung (11), die ein Band schaltet und durch die ein Referenzstrom (I₁) läuft, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandschaltschaltung (11) einem Pfadunterbrechungstransistor (Tr1, Tr2) aufweist, der einen Strompfad, durch welchen der Referenzstrom (I₁) läuft, synchron mit der Verstärkungsfaktorsteuerspannung abschneidet.
Hochfrequenzschaltung (10) nach Anspruch 1, wobei der Pfadunterbrechungstransistor aus zwei Feldeffekttransistoren (Tr1, Tr2) vom vollständigen Anreicherungsmodus besteht, die elektrisch kaskadenförmig geschaltet sind und einer (Tr2) der zwei Feldeffekttransistoren vom vollständigen Anreicherungsmodus, der stromabwärts des anderen (Tr1) liegt, mit seinem Gate elektrisch an den Verstärkungsfaktorsteuerspannungsanschluss (Vagc) angeschlossen ist, durch den die Verstärkungsfaktorsteuerspannung eingegeben wird.
Hochfrequenzschaltung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vorspannschaltung (12) wenigstens ein paar Transistoren (Tr4, Tr6 und/oder Tr5, Tr7) und einen Bandschalttransistor (Tr3), der für das Schalten eines Bandes verwendet wird, aufweist, wobei der Bandschalttransistor (Tr3) mit einer Leitung, durch welche die Verstärkungsfaktorsteuerspannung zugeführt wird, elektrisch in Reihe geschaltet ist, und die Verstärkungsfaktorsteuerspannung an das Paar Transistoren (Tr4, und/oder Tr5, Tr7) über den Bandschalttransistor (Tr3) angelegt ist.