JP2000278109A - 高周波スイッチ、切替型高周波スイッチ、および切替型高周波電力増幅器 - Google Patents

高周波スイッチ、切替型高周波スイッチ、および切替型高周波電力増幅器

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JP2000278109A
JP2000278109A JP11076317A JP7631799A JP2000278109A JP 2000278109 A JP2000278109 A JP 2000278109A JP 11076317 A JP11076317 A JP 11076317A JP 7631799 A JP7631799 A JP 7631799A JP 2000278109 A JP2000278109 A JP 2000278109A
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frequency switch
frequency
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hbt
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Kazuhiko Kobayashi
一彦 小林
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Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、高周波信号を断続する高周波スイ
ッチに関し、良好なアイソレーション特性を有し、オン
制御時の負荷変動に対する入力側への影響が小さい高周
波スイッチを提供することを目的とする。また、上記高
周波スイッチをモノリシックマイクロ波集積回路として
形成することを目的とする。 【解決手段】 第１および第２のバイポーラトランジス
タ１２、１３がカスコード接続されて構成されている。
前段のトランジスタ１２のベースB2には、高周波の入力
信号INが供給されている。後段のトランジスタ１３のベ
ースB3には、このトランジスタ１３をオンオフ制御する
制御信号Sが供給されている。トランジスタ１３のコレ
クタC3からは、入力信号INを増幅した出力信号OUTが出
力されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高周波信号を断続
する高周波スイッチに関し、特に、良好なアイソレーシ
ョン特性を有する高周波スイッチに関する。また、本発
明は、出力電力を切替可能な切替型高周波電力増幅器に
関する。さらに、本発明は、上記高周波スイッチ、また
は上記切替型高周波電力増幅器を搭載したモノリシック
マイクロ波集積回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】近時、携帯電話等の移動通信は、LSI技
術の急速な発達によりアナログ移動通信方式からディジ
タル移動通信方式へと移行してきている。ディジタル移
動通信方式の一つとしてPDC(Personal Digital Cellula
r)方式がある。PDC方式は、TDMA(Time Division Multip
le Access)方式を採用しており、携帯機は最大２８．８
kbpsのパケット通信を行うことができる。PDC方式で
は、携帯機は基地局との距離に応じて出力電力を約３０
dBの範囲に可変する制御を行っている。
【０００３】図１３は、PDC方式の携帯機における送信
用の電力増幅器に使用される回路の一例を示している。
電力増幅器１は、エミッタ接地されたバイポーラトラン
ジスタ２を有している。バイポーラトランジスタ２は、
携帯機の最大出力電力に応じたフィンガ数を有してい
る。バイポーラトランジスタ２のベースには、入力整合
回路３を介して高周波の入力信号INが供給されている。
バイポーラトランジスタ２のコレクタからは、出力整合
回路４を介して入力信号INを増幅した出力信号OUTが出
力されている。ベースには、使用する周波数において高
インピーダンスであるインダクタ５を介してベースバイ
アスVが供給されている。コレクタには使用する周波数
において高インピーダンスであるインダクタ６を介して
電源電圧VCCが供給されている。
【０００４】上述した電力増幅器１では、基地局との距
離に応じた電力の入力信号IN（音声またはデータ）が、
携帯機の別回路から供給される。入力信号INはバイポー
ラトランジスタ２により増幅され、出力信号OUTとして
基地局に向けて出力される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に、PD
C方式等における携帯機では、頻繁に使用される出力電
力は、最大出力電力より約１０dB低い電力であることが
知られている。図１３に示した回路では、最大出力電力
に応じたフィンガ数のバイポーラトランジスタ２を使用
しているため、出力電力が小さいときほど、バイポーラ
トランジスタ２には、増幅には寄与しない無駄な定常電
流が流れてしまう。上記した頻繁に使用する出力電力の
場合にも、バイポーラトランジスタ２には、かなりの定
常電流が流れていた。
【０００６】一方、近時、新しいディジタル移動通信方
式として、W-CDMA(Wideband Code Division Multiple A
ccess)方式が提案されている。W-CDMA方式の携帯機は、
送信する信号を拡散コードを用いて拡散し、拡散したデ
ータを基地局に向けて出力する。また、W-CDMA方式で
は、音声とデータとによって出力電力を変える仕様とな
っており、携帯機は、出力電力を７０dB以上の広範囲に
制御しなくてはならない。
【０００７】このようなW-CDMA方式の携帯機における送
信用の電力増幅器に、図１３に示した電力増幅器１を適
用する場合、バイポーラトランジスタ２のフィンガ数
は、PDC方式と同様に、最大出力電力に合わせて決めら
れる。ところが、W-CDMA方式では出力電力の制御範囲は
７０dB以上である。このため、出力電力が小さいときほ
ど、バイポーラトランジスタ２には、増幅には寄与しな
い無駄な定常電流が流れてしまう。この定常電流は、上
述したPDC方式の携帯機の電力増幅器の定常電流より大
きい。電力増幅器は携帯機の中で最も電力を消費する回
路の一つである。したがって、W-CDMA方式の携帯機に、
図１３に示した電力増幅器１を適用した場合には、携帯
機の消費電力が増大し、発熱量が増大し、通話時間が短
くなるという問題があった。
【０００８】そこで、本発明者は、W-CDMA方式の携帯機
の消費電力を低減するために、２つの電力増幅器を組み
合わせて、どちらか一方あるいは両方を動作させ、出力
電力を可変することを考察した。しかしながら、このよ
うな切替型の電力増幅器を構成する場合には、高周波信
号の切替回路および整合回路を新たに設ける必要があ
る。この結果、部品点数が多くなり、携帯機を小型にす
ることができないという問題があった。
【０００９】携帯機を小型にするための手法として、電
力増幅器等をMMIC(Monolithic Microwave Integrated C
ircuits)化して、部品点数を削減することが考えられ
る。しかしながら、オフ制御時に良好なアイソレーショ
ン特性を有し、オン制御時に負荷変動に対する入力側へ
の影響が小さい高周波スイッチをMMICに搭載するバイポ
ーラトランジスタを用いた回路技術は提案されていな
い。このため、切替型の電力増幅器をMMICとして１チッ
プ化することができなかった。
【００１０】本発明の目的は、良好なアイソレーション
特性を有する高周波スイッチおよび切替型高周波スイッ
チを提供することにある。本発明の別の目的は、オン制
御時の負荷変動に対する入力側への影響が小さい高周波
スイッチおよび切替型高周波スイッチを提供することに
ある。また、本発明の別の目的は、出力電力の制御範囲
が大きい場合にも、消費電力を低減することができる切
替型電力増幅器を提供することにある。
【００１１】さらに、本発明の別の目的は、上記高周波
スイッチ、切替型高周波スイッチ、および切替型電力増
幅器をMMIC上に搭載し、小型化することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】図１は、請求項１に記載
した発明の基本原理を示すブロック図である。
【００１３】請求項１の高周波スイッチ１１は、第１お
よび第２のバイポーラトランジスタ１２、１３がカスコ
ード接続されて構成されている。前段の第１のバイポー
ラトランジスタ１２のベースB2には、高周波の入力信号
INが供給されている。後段の第２のバイポーラトランジ
スタ１３のベースB3には、この第２のバイポーラトラン
ジスタ１３をオンオフ制御する制御信号Sが供給されて
いる。第２のバイポーラトランジスタ１３のコレクタC3
からは、入力信号INを増幅した出力信号OUTが出力され
る。（なお、図中には電源回路は含まれていない。）上
記構成により、制御信号Sにより第２のバイポーラトラ
ンジスタ１３のコレクタC3から供給される電流を制御す
ることが可能になり、第１および第２のバイポーラトラ
ンジスタ１２、１３はスイッチとして動作する。
【００１４】制御信号Sのオン制御時には、高周波スイ
ッチ１１は、カスコード型増幅器として動作するため利
得を有する。また、第２のバイポーラトランジスタ１３
のコレクタC3に接続される負荷の変動は、このカスコー
ド型増幅器の特徴であるＳ１２特性が高アイソレーショ
ン特性を示すため、入力信号INに影響することはない。
制御信号Sのオフ制御により、第２のバイポーラトラン
ジスタ１３の動作領域を遮断領域にすることで、高いア
イソレーション特性を有する高周波スイッチ１１が構成
される。
【００１５】さらに、第１のバイポーラトランジスタ１
２は、入力信号INを出力する入力側回路の出力インピー
ダンスより高いインピーダンスを有し、このインピーダ
ンスは、制御信号Sのオンオフ制御による変動が少な
い。このため、入力側回路の出力インピーダンスの影響
を受けにくい高周波スイッチ１１が構成される。図２
は、請求項２に記載した発明の基本原理を示すブロック
図である。
【００１６】請求項２の切替型高周波スイッチでは、請
求項１に記載した高周波スイッチ１１を複数並列に備え
ている。各高周波スイッチ１１における第１のトランジ
スタ１２のベースB2は相互に接続され、これ等ベースB2
には、共通の入力信号INが供給されている。各高周波ス
イッチ１１におけるバイポーラトランジスタ１３のベー
スB3には、それぞれ独立に制御信号S1-Snが供給されて
いる。
【００１７】そして、制御信号S1-Snにより各高周波ス
イッチ１１をオンオフ制御することで、入力信号INは、
オン制御されている高周波スイッチ１１により増幅さ
れ、出力信号OUT1-OUTnとして出力される。すなわち、
制御信号S1-Snのオンオフ制御により入力信号INの出力
先が選択される。各高周波スイッチ１１は、制御信号S1
-Snによりそれぞれオンオフ制御されるため、入力側に
特別の切替回路を設けることなく、入力信号INの出力先
を選択することができる。すなわち、切替型の高周波ス
イッチが構成される。
【００１８】図３は、請求項３に記載した発明の基本原
理を示すブロック図である。請求項３の切替型高周波ス
イッチでは、請求項１に記載した高周波スイッチ１１を
複数並列に備えている。各高周波スイッチ１１における
第１のバイポーラトランジスタ１２のベースB2は相互に
接続されている。これ等ベースB2には、共通の入力信号
INが供給されている。各高周波スイッチ１１におけるバ
イポーラトランジスタ１３のベースB3には、共通の制御
信号Sが供給されている。
【００１９】入力信号INは、制御信号Sのオン制御時
に、高周波スイッチ１１の増幅能力に応じてそれぞれ増
幅され、増幅された信号は出力信号OUT1-OUTnとして出
力される。すなわち、本切替型高周波スイッチは、制御
信号Sのオン制御時に電力分配器として動作する。ま
た、各高周波スイッチ１１は高いアイソレーション特性
を有するため、本切替型高周波スイッチは、制御端子S
のオフ制御時に減衰器として動作する。
【００２０】図４は、請求項４および請求項５に記載し
た発明の基本原理を示すブロック図である。請求項４の
切替型高周波電力増幅器では、請求項２に記載した切替
型高周波スイッチの出力である第２のバイポーラトラン
ジスタ１３のコレクタC3が、それぞれエミッタ接地され
た第３のバイポーラトランジスタ１４のベースB4に接続
されている。各第３のバイポーラトランジスタ１４のコ
レクタC4は相互に接続され、出力信号OUTとして出力さ
れている。
【００２１】このため、必要な出力電力に応じて各制御
信号S1-Snをオンオフ制御することで、所定の第３のバ
イポーラトランジスタ１４を動作することが可能にな
る。この結果、増幅に寄与しない無駄な定常電流が流れ
ることが低減され、消費電力が低減される。消費電力の
低減効果は、出力電力が小さい場合に顕著である。請求
項５の切替型高周波電力増幅器では、請求項４に記載し
た切替型高周波電力増幅器の第３のバイポーラトランジ
スタ１４のベースB4に、各制御端子S1-Snのオン制御に
連動して動作用のバイアスVが供給される。
【００２２】このため、動作していない第３のバイポー
ラトランジスタ１４のベース電流が低減され、消費電力
の低い電力増幅器が構成される。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。
【００２４】図５は、本発明の高周波スイッチの第１の
実施形態を示している。この実施形態は、請求項１に対
応している。本実施形態の高周波スイッチ２１は、半導
体製造技術を使用して、GaAs基板上にバイポーラトラン
ジスタ、インダクタ等を集積して形成されている。すな
わち、高周波スイッチ２１はMMICとして形成されてい
る。また、バイポーラトランジスタとしてHBT（Heteroj
unction Bipolar Transistor）が使用されている。
【００２５】高周波スイッチ２１は、エミッタ接地され
たHBT２２（第１のバイポーラトランジスタに対応す
る）と、キャパシタCPを介して高周波的にベース接地さ
れたHBT２３（第２のバイポーラトランジスタに対応す
る）とをカスコード接続して構成されている。前段のHB
T２２のベースB2には、入力整合回路M1を介して高周波
の入力信号INが供給されている。ベースB2には使用する
周波数で十分高インピーダンス特性を示すインダクタL1
を介してベースバイアスVが供給されている。後段のHBT
２３のベースB3には、HBT２３をオンオフ制御する制御
信号Sが供給されている。制御信号Sが高レベルのときに
HBT２３の動作領域は活性領域になり、制御信号Sが低レ
ベルのときにHBT２３の動作領域は遮断領域になる。HBT
２３のコレクタC3からは、出力整合回路M2を介して出力
信号OUTが出力されている。コレクタC3には使用する周
波数で十分高インピーダンス特性を示すインダクタL2を
介して電源電圧VCCが供給されている。
【００２６】ここで、入力整合回路M1および出力整合回
路M2は、図示しないキャパシタおよびインダクタを組み
合わせて形成されている。各キャパシタは、層間絶縁膜
を配線層で挟み込んだMIM（Metal-Insulator-Metal）キ
ャパシタ等から形成されている。各インダクタは導体を
渦巻き状に配置したスパイラルインダクタ等から形成さ
れている。
【００２７】上述した高周波スイッチ２１では、高レベ
ルおよび低レベルの直流電圧が、制御信号SとしてHBT２
３のベースB3に供給される。制御信号Sが高レベルのと
きには、高周波スイッチ２１は、カスコード型増幅器と
して動作する。すなわち、ベースB2に供給されたマイク
ロ波等の入力信号INは、増幅された後、出力信号OUTと
して出力される。このとき、HBT２３のコレクタC3に接
続される負荷（図示せず）の変動は、前段のHBT２２に
より、入力信号INに影響することはない。
【００２８】一方、制御信号Sが低レベルのときには、H
BT２３の動作領域が遮断領域になるため、高周波スイッ
チ２１は高いアイソレーション特性を有する。この実施
形態では、アイソレーション特性は、入力信号INの周波
数を２GHzとしたときに、２０dB以上になる。したがっ
て、本実施形態では、制御信号SによりHBT２３のコレク
タC3から供給される電流を制御することで、オン制御時
に利得を有し、オフ制御時に高いアイソレーション特性
を有する高周波スイッチを実現することができる。
【００２９】また、高周波スイッチ２１を構成する素子
は、半導体製造技術によりGaAs基板上に全て形成するこ
とができる。すなわち、高いアイソレーション特性を有
する高周波スイッチをMMICとして形成することができ
る。
【００３０】図６は、本発明の高周波スイッチの第２の
実施形態を示している。この実施形態は、請求項１に対
応している。この実施形態では、MMIC上に、上述した第
１の実施形態の高周波スイッチ２１ａ、２１ｂが並列に
配置されている。高周波スイッチ２１ａのHBT２２ａの
ベースB2には、入力整合回路M3を介して送信信号SNDが
供給されている。HBT２２ａのベースB2には、使用する
周波数で十分高インピーダンス特性を示すインダクタL3
を介してベースバイアスV1が供給されている。ベースバ
イアスV1は、MMIC上に形成された電源回路２４を使用し
て電源電圧VCCから生成されている。高周波スイッチ２
１ａのHBT２３ａのベースB3には、制御信号S1が供給さ
れている。HBT２３ａのコレクタC3は、出力整合回路M4
を介してアンテナANに接続されている。HBT２３ａのコ
レクタC3には、使用する周波数で十分高インピーダンス
特性を示すインダクタL4を介して電源電圧VCCが供給さ
れている。
【００３１】高周波スイッチ２１ｂのHBT２２ｂのベー
スB2は、入力整合回路M5を介してアンテナANに接続され
ている。HBT２２ｂのベースB2には、使用する周波数で
十分高インピーダンス特性を示すインダクタL5を介して
ベースバイアスV2が供給されている。ベースバイアスV2
は、電源回路２４を使用して生成されている。高周波ス
イッチ２１ｂのHBT２３ｂのベースB3には、制御信号S2
が供給されている。HBT２３ｂのコレクタC3からは、出
力整合回路M6を介して受信信号RSVが出力されている。H
BT２３ｂのコレクタC3には、使用する周波数で十分高イ
ンピーダンス特性を示すインダクタL6を介して電源電圧
VCCが供給されている。
【００３２】そして、高周波スイッチ２１ａにより電力
増幅器PA（Power Amplifier）が構成され、高周波スイ
ッチ２１ｂにより低雑音増幅器LNA（Low Noize Amplifi
er）が構成されている。すなわち、１チップからなる送
受信用の切替スイッチが実現されている。この切替スイ
ッチは、例えば、無線LAN（Local Area Network）等に
おける送受信用の切替スイッチとして使用される。
【００３３】上述した高周波スイッチでは、送信モード
時には、制御信号S1は高レベルにされ、制御信号S2は低
レベルにされる。このため、高周波スイッチ２１ａは活
性化され、高周波スイッチ２１ｂは非活性化される。高
周波スイッチ２１ａに供給される送信信号SNDは、増幅
されアンテナANから出力される。また、受信モード時に
は、制御信号S1は低レベルになり、制御信号S2は高レベ
ルになる。このため、高周波スイッチ２１ａは非活性化
され、高周波スイッチ２１ｂは活性化される。アンテナ
ANから受信される信号は、高周波スイッチ２１ｂにより
増幅され、受信信号RSVとして出力される。
【００３４】この実施形態の高周波スイッチにおいて
も、上述した第１の実施形態と同様の効果を得ることが
できる。図７は、本発明の切替型高周波スイッチの第１
の実施形態を示している。この実施形態は、請求項２に
対応している。この実施形態では、MMIC上に、第１の実
施形態の高周波スイッチ２１ａ、２１ｂ、２１ｃが並列
に配置されている。各高周波スイッチ２１ａ、２１ｂ、
２１ｃのHBT２２ａ、２２ｂ、２２ｃのベースB2は、相
互に接続されている。これ等ベースB2には、入力整合回
路M7を介して共通の入力信号INが供給されている。これ
等ベースB2には、使用する周波数で十分高インピーダン
ス特性を示すインダクタL7を介してベースバイアスV3が
供給されている。
【００３５】各高周波スイッチ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ
のHBT２３ａ、２３ｂ、２３ｃのベースB3には、それぞ
れ制御信号S1、S2、S3が供給されている。HBT２３ａ、
２３ｂ、２３ｃのコレクタC3には、それぞれ使用する周
波数で十分高インピーダンス特性を示すインダクタL8、
L9、L10を介して電源電圧VCCが供給されている。HBT２
３ａのコレクタC3からは、出力整合回路M8を介して出力
信号OUT1が出力されている。HBT２３ｂのコレクタC3か
らは、出力整合回路M9を介して出力信号OUT2が出力され
ている。HBT２３ｃのコレクタC3からは、出力整合回路M
10を介して出力信号OUT3が出力されている。
【００３６】上述した切替型高周波スイッチでは、制御
信号S1、S2、S3を高レベルまたは低レベルにすること
で、各高周波スイッチ２１ａ、２１ｂ、２１ｃが活性化
または非活性化される。そして、増幅された入力信号IN
が、所定の出力信号OUT1、OUT2、OUT3としてMMICの外部
に出力される。なお、出力間のアイソレーション特性
は、入力信号INの周波数を２GHzとしたときに、２０dB
以上になる。
【００３７】この実施形態においても、上述した高周波
スイッチの第１の実施形態と同様の効果を得ることがで
きる。さらに、この実施形態では、制御信号S1、S2、S3
により入力信号INの出力先を容易に選択することができ
るので、MMIC上に特別の切替回路を形成することなく、
切替型の高周波スイッチを構成することができる。特別
の切替回路が不要なため、チップサイズを小さくするこ
とができる。
【００３８】図８は、本発明の切替型高周波スイッチの
第２の実施形態を示している。この実施形態は、請求項
３に対応している。この実施形態では、MMIC上に、第１
の実施形態の高周波スイッチ２１ａ、２１ｂが並列に配
置されている。各高周波スイッチ２１ａ、２１ｂのHBT
２２ａ、２２ｂのベースB2は、相互に接続されている。
これ等ベースB2には、入力整合回路M11を介して共通の
入力信号INが供給されている。これ等ベースB2には、使
用する周波数で十分高インピーダンス特性を示すインダ
クタL11を介してベースバイアスV4が供給されている。
【００３９】各高周波スイッチ２１ａ、２１ｂのHBT２
３ａ、２３ｂのベースB3には、共通の制御信号Sが供給
されている。HBT２３ａ、２３ｂのコレクタC3には、そ
れぞれ使用する周波数で十分高インピーダンス特性を示
すインダクタL12、L13を介して電源電圧VCCが供給され
ている。
【００４０】HBT２３ａのコレクタC3からは、出力整合
回路M12を介して出力信号OUT1が出力されている。HBT２
３ｂのコレクタC3からは、出力整合回路M13を介して出
力信号OUT2が出力されている。この実施形態では、制御
信号Sにより、高周波スイッチ２１ａ、２１ｂの活性化
／非活性化が行われる。制御信号Sが高レベルのとき
に、HBT２２ａ、２２ｂの各ベースB2に供給される入力
信号INは、高周波スイッチ２１ａ、２１ｂの増幅率に応
じて増幅され、出力信号OUT1、OUT2として出力される。
すなわち、本切替型高周波スイッチを、電力分配器とし
て動作させることができる。制御信号Sが低レベルのと
きに、高周波スイッチ２１ａ、２１ｂは非活性化され
る。すなわち、本切替型高周波スイッチを、高いアイソ
レーション特性を有する減衰器として動作させることが
できる。
【００４１】図９は、本発明の切替型高周波電力増幅器
の第１の実施形態を示している。この実施形態は、請求
項４および請求項５に対応している。この実施形態の切
替型高周波電力増幅器は、例えば、PDC方式あるいはW-C
DMA方式の携帯機の送信回路に使用される。この実施形
態では、前述した切替型高周波スイッチの第２の実施形
態と同様に、MMIC上に高周波スイッチ２１ａ、２１ｂが
並列に配置されている。各高周波スイッチ２１ａ、２１
ｂのHBT２２ａ、２２ｂのベースB2は、相互に接続され
ている。これ等ベースB2には、入力整合回路M14を介し
て、MMICの外部から共通の入力信号INが供給されてい
る。これ等ベースB2には、使用する周波数で十分高イン
ピーダンス特性を示すインダクタL14を介してベースバ
イアスV5が供給されている。
【００４２】ベースバイアスV5は、MMIC上に形成された
電源回路２４から供給されている。電源回路２４は、外
部から供給される電源電圧VCCからベースバイアスV5、V
6、V7を生成している。HBT２３ａ、２３ｂのベースB3に
は、MMICの外部からそれぞれ制御信号S1、S2が供給され
ている。HBT２３ａ、２３ｂのコレクタC3には、それぞ
れ使用する周波数で十分高インピーダンス特性を示すイ
ンダクタL15、L16を介して電源電圧VCCが供給されてい
る。
【００４３】HBT２３ａのコレクタC3には、出力整合回
路M15を介して、エミッタ接地されたHBT２５ａ（第３の
バイポーラトランジスタに対応する）のベースB5が接続
されている。HBT２３ｂのコレクタC3には、出力整合回
路M16を介して、エミッタ接地されたHBT２５ｂ（第３の
バイポーラトランジスタに対応する）のベースB5が接続
されている。この実施形態では、HBT２５ａおよびHBT２
５ｂは、それぞれ高出力用および低出力用の電力増幅器
としての機能を有している。HBT２５ａおよびHBT２５ｂ
の大きさは、それぞれ６４フィンガおよび８フィンガで
ある。
【００４４】HBT２５ａのベースB5には、使用する周波
数で十分高インピーダンス特性を示すインダクタL17を
介してHBT２６ａのエミッタE6が接続されている。HBT２
６ａのベースB6には、制御信号S1が供給されいる。HBT
２６ａのコレクタC6には、ベースバイアスV6が供給され
ている。同様に、HBT２５ｂのベースB5には、使用する
周波数で十分高インピーダンス特性を示すインダクタL1
8を介してHBT２６ｂのエミッタE6が接続されている。HB
T２６ｂのベースB6には、制御信号S1が供給されてい
る。HBT２６ｂのコレクタC6には、ベースバイアスV7が
供給されている。
【００４５】HBT２５ａおよびHBT２５ｂのコレクタC5
は、相互に接続され、出力信号OUTとしてMMICの外部に
出力されている。出力信号OUTには、使用する周波数で
十分高インピーダンス特性を示すインダクタL19を介し
て電源電圧VCCが供給されている。出力信号OUTは、出力
整合回路M17を介して外部回路（図示せず）に出力され
ている。インダクタL19および出力整合回路M17は、MMIC
とともにプリント基板上に搭載されている。
【００４６】上述した切替型高周波電力増幅器では、携
帯機は基地局からの情報に基づいて、制御信号S1、S2の
一方を高レベルにする。具体的には、携帯機は、最大出
力電力が必要なときには、制御信号S1を高レベルにして
高周波スイッチ２１ａを活性化し、それ以外のときに
は、制御信号S2を高レベルにして高周波スイッチ２１ｂ
を活性化する。
【００４７】先ず、制御信号S1が高レベルのときには、
HBT２６ａはオンにされ、HBT２５ａのベースB5にベース
バイアスV6が供給される。また、高周波スイッチ２１ａ
の活性化により、入力信号INはHBT２５ａのベースB5に
伝達される。HBT２５ａは、ベースB5に伝達された入力
信号INを増幅し、出力信号OUTとして出力する。このと
き、制御信号S2は低レベルにされているため、高周波ス
イッチ２１ｂは非活性状態にある。制御信号S2の低レベ
ルにより、HBT２６ｂはオフにされている。このため、H
BT２５ｂにベースバイアスV7が供給されることはなく、
HBT２５ｂのベースB5とエミッタE5との間に不要な電流
が流れることが防止される。
【００４８】なお、バイポーラトランジスタのオフ時の
S22特性は、高いインピーダンスを示すため、HBT２５
ａ、２５ｂのコレクタC5を相互に接続したことによる整
合性の問題はほとんどない。また、制御信号S2が低レベ
ルのときに、HBT２５ｂが確実にオフにされるように、H
BT２５ｂのベースB5には、プルダウン抵抗等（図示せ
ず）が接続されている。
【００４９】一方、制御信号S2が高レベルのときには、
HBT２６ｂはオンにされ、HBT２５ｂのベースB5にベース
バイアスV7が供給される。また、高周波スイッチ２１ｂ
は活性化され、入力信号INはHBT２５ｂのベースB5に伝
達される。HBT２５ｂは、ベースB5に伝達された入力信
号INを増幅し、出力信号OUTとして出力する。このと
き、制御信号S1は低レベルにされているため、高周波ス
イッチ２１ａは非活性状態にある。制御信号S1の低レベ
ルにより、HBT２６ａはオフにされている。このため、H
BT２５ａにベースバイアスV6が供給されることはなく、
HBT２５ａのベースB5とエミッタE5との間に不要な電流
が流れることが防止される。なお、制御信号S1が低レベ
ルのときに、HBT２５ａが確実にオフにされるように、H
BT２５ａのベースB5には、プルダウン抵抗等（図示せ
ず）が接続されている。
【００５０】図１０は、図９に示した切替型高周波電力
増幅器の入出力特性を示している。図１０において、横
軸に入力信号INの入力電力Pinを、左の縦軸に出力信号O
UTの出力電力Poutを、右の縦軸に切替型高周波電力増幅
器の消費電流Total-Iを示している。図中、実線はHBT２
６ａの特性を示し、点線はHBT２６ｂの特性を示してい
る。
【００５１】この実施形態では、HBT２６ａの最大出力
電力は、２７dBmに設定されている。また、携帯機は、
制御信号S1、S2による高周波スイッチ２１ａ、２１ｂの
切り替えを、出力電力Poutが最大出力電力より約１０dB
低いとき（すなわち１６dBm）に行う。このため、出力
電力Poutが１６dBmより大きいときには、高出力用のHBT
２６ａが動作する。出力電力Poutが１６dBm以下のとき
には、低出力用のHBT２６ｂが動作する。
【００５２】なお、最大出力電力から１０dB下がった出
力電力Poutは、W-CDMA方式においても、最も頻繁に使用
される電力である。出力電力Poutが１６dBmのときの消
費電流Total-Iは、HBT２６ａの動作時に約１６３mAであ
り、HBT２６ｂの動作時に約１４０mAである。図１１
は、出力電力Pout（横軸）に対する消費電流Total-I
（縦軸）を示している。
【００５３】上側の曲線は、HBT２６ａを動作させたと
きの消費電流Total-Iであり、下側の曲線は、HBT２６ｂ
を動作させたときの消費電流Total-Iである。HBT２６ａ
の動作時とHBT２６ｂの動作時との消費電流Total-Iの差
は、例えば、出力電力Poutが１６dBmのときに約２３mA
である。このとき、各高周波スイッチ２１ｂを動作させ
ることで、高周波スイッチ２１ａを動作するときに比
べ、約２３mAの消費電流を低減することができる。
【００５４】また、出力電力Poutが小さいほど、HBT２
６ａの動作時の消費電流Total-Iと、HBT２６ｂの動作時
の消費電流Total-Iとの差が大きくなる。したがって、
本切替型高周波電力増幅器は、特に出力電力Poutが小さ
いほど、消費電力の低減効果が大きい。この実施形態の
切替型高周波電力増幅器では、所定の出力電力Poutを境
に、制御信号S1、S2のどちらか一方を高レベルにし、高
周波スイッチ２１ａ、２１ｂのいずれか一方をオン制御
した。このため、出力電力Poutに応じた最適なフィンガ
数のHBT２６ａまたはHBT２６ｂをオンにすることができ
る。したがって、携帯機の消費電流を従来に比べ大幅に
低減することができる。
【００５５】消費電流が低減されるため、携帯機の電池
を小型にすることができる。また、消費電流が低減する
ことで発熱量が低減するため、放熱部品の削減、放熱機
構の簡略化を行うことができる。この結果、携帯機を小
型にすることができ、携帯機のコストを低減することが
できる。また、携帯機の電池を従来と同じ容量にする場
合には、通話時間を大幅に増加させることができる。
【００５６】各高周波スイッチ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ
は、上述した第１の実施形態と同様の効果を有する。図
１２は、本発明の切替型高周波電力増幅器の第２の実施
形態を示している。この実施形態は、請求項４に対応し
ている。この切替型高周波電力増幅器は、例えば、W-CD
MA方式の携帯機の送信回路に使用される。
【００５７】本切替型高周波電力増幅器は、MMIC上に形
成されており、並列に配置された高周波スイッチ２１
ａ、２１ｂ、２１ｃを備えている。各高周波スイッチ２
１ａ、２１ｂ、２１ｃのHBT２２ａ、２２ｂ、２２ｃの
ベースB2は、相互に接続されている。これ等ベースB2に
は、入力整合回路M18を介して、MMICの外部から共通の
入力信号INが供給されている。これ等ベースB2には、使
用する周波数で十分高インピーダンス特性を示すインダ
クタL20を介してベースバイアスV8が供給されている。
【００５８】ベースバイアスV8は、上述した切替型高周
波電力増幅器の第１の実施形態と同様に、MMIC上に形成
された電源回路（図示せず）から供給されている。電源
回路は、外部から供給された電源電圧VCCからベースバ
イアスV9、V10、V11を生成している。HBT２３ａ、２３
ｂ、２３ｃのベースB3には、MMICの外部からそれぞれ制
御信号S1、S2、S3が供給されている。HBT２３ａ、２３
ｂ、２３ｃのコレクタC3には、それぞれ使用する周波数
で十分高インピーダンス特性を示すインダクタL21、L2
2、L23を介して電源電圧VCCが供給されている。
【００５９】HBT２３ａのコレクタC3には、出力整合回
路M19を介して、エミッタ接地されたHBT２５ａ（第３の
バイポーラトランジスタに対応する）のベースB5が接続
されている。HBT２３ｂのコレクタC3には、出力整合回
路M20を介して、エミッタ接地されたHBT２５ｂ（第３の
バイポーラトランジスタに対応する）のベースB5が接続
されている。HBT２３ｃのコレクタC3には、出力整合回
路M21を介して、エミッタ接地されたHBT２５ｃ（第３の
バイポーラトランジスタに対応する）のベースB5が接続
されている。HBT２５ａ、HBT２５ｂおよびHBT２５ｃの
大きさは、それぞれ２０フィンガ、２０フィンガおよび
１０フィンガである。
【００６０】HBT２５ａのベースB5には、使用する周波
数で十分高インピーダンス特性を示すインダクタL24を
介してベースバイアスV9が供給されている。HBT２５ｂ
のベースB5には、使用する周波数で十分高インピーダン
ス特性を示すインダクタL25を介してベースバイアスV10
が供給されている。HBT２５ｃのベースB5には、使用す
る周波数で十分高インピーダンス特性を示すインダクタ
L26を介してベースバイアスV11が供給されている。
【００６１】HBT２５ａ、HBT２５ｂおよびHBT２５ｃの
コレクタC5は、相互に接続され、出力信号OUTとしてMMI
Cの外部に出力されている。出力信号OUTには、使用する
周波数で十分高インピーダンス特性を示すインダクタL2
7を介して電源電圧VCCが供給されている。出力信号OUT
は、出力整合回路M22を介して外部回路（図示せず）に
出力されている。インダクタL27および出力整合回路M22
は、MMICとともにプリント基板上に搭載されている。
【００６２】この実施形態では、表１に示すように、制
御信号S1、S2、S3の組み合わせにより、HBT２５ａ、２
５ｂ、２５ｃがオンまたはオフにする。このオンまたは
オフにより、出力信号OUTから出力される最大出力電力
は５種類に変化する。ここで、最大出力電力は、オンに
されたHBT２５ａ、２５ｂ、２５ｃのフィンガ数の和に
比例する。
【表１】 例えば、携帯機が基地局と離れた場所からデータを送信
する場合、最大出力電力が必要になる。このとき、携帯
機は全ての制御信号S1、S2、S3を高レベルにし、HBT２
５ａ、２５ｂ、２５ｃを全てオンにし、総フィンガ数
（最大出力電力）を５０にする。また、携帯機が基地局
に近い場所から音声を送信する場合、小さい出力電力で
送信可能である。このとき、携帯機は制御信号S3のみを
高レベルにし、HBT２５ｃのみをオンにし、総フィンガ
数（最大出力電力）を１０にする。
【００６３】また、W-CDMA方式において、データの出力
電力は、音声の出力電力に比べ３dB大きくする必要があ
る。すなわち、データの送信に必要な出力電力は、音声
の２倍になる。このため、例えば、平均的な送信状態で
は、携帯機は、データを送信する際に、制御信号S1、S2
を高レベル、制御信号S3を低レベルにし、HBT２５ａ、
２５ｂをオンにし、総フィンガ数を４０にする。携帯機
は、音声を送信する際に、制御信号S1のみを高レベルに
し、HBT２５ａのみをオンにし、総フィンガ数を２０に
する。
【００６４】この実施形態の切替型高周波電力増幅器に
おいても、上述した切替型高周波電力増幅器の第１の実
施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、この
実施形態では、制御信号S1、S2、S3により、最大出力電
圧を５種類に変化させたので、携帯機の出力電力をより
細かく制御することができ、消費電力を大幅に低減する
ことができる。
【００６５】特に、出力電力の制御範囲が７０dB以上で
あるW-CDMA方式の携帯機に使用した場合には、消費電力
の低減効果が大きい。なお、上述した切替型高周波電力
増幅器の第１の実施形態では、この切替型高周波電力増
幅器をW-CDMA方式の携帯機の送信回路に使用した例につ
いて述べた。しかし、本発明はかかる実施形態に限定さ
れるものではない。例えば、PDC方式の携帯機の送信回
路に使用しても良い。
【００６６】なお、上述した切替型高周波電力増幅器の
第１の実施形態では、高周波スイッチ２１ａ、２１ｂの
切り替えを、出力電力が最大出力電力より１０dB下がっ
たときに行った例について述べた。しかし、本発明はか
かる実施形態に限定されるものではない。例えば、出力
電力が最大出力電力の半分になったときに切り替えを行
っても良い。
【００６７】
【発明の効果】請求項１の高周波スイッチでは、制御信
号によるオン制御時に利得を有し、オフ制御時に高いア
イソレーション特性を有する高周波スイッチを実現する
ことができる。請求項２の切替型高周波スイッチでは、
制御信号により入力信号の出力先を選択することで、入
力側に特別の切替回路を設けることなく切替型の高周波
スイッチを構成することができる。
【００６８】請求項３の切替型高周波スイッチでは、制
御信号のオン制御時に電力分配器として動作させること
ができ、制御信号のオフ制御時に減衰器として動作させ
ることができる。請求項４の切替型高周波電力増幅器で
は、必要な出力電力に応じて、各制御信号をオンオフ制
御することで、必要な第３のバイポーラトランジスタの
みをオンにすることができ、消費電力を低減することが
できる。
【００６９】特に、増幅に寄与しない無駄な定常電流の
消費を防止することができる。請求項５の切替型高周波
電力増幅器では、制御信号のオン制御に連動して、第３
のバイポーラトランジスタのベースに動作用のバイアス
を供給したので、動作していない第３のバイポーラトラ
ンジスタのベース電流を低減することができ、消費電力
をさらに低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１に記載した発明の基本原理を示すブロ
ック図である。
【図２】請求項２に記載した発明の基本原理を示すブロ
ック図である。
【図３】請求項３に記載した発明の基本原理を示すブロ
ック図である。
【図４】請求項４および請求項５に記載した発明の基本
原理を示すブロック図である。
【図５】本発明の高周波スイッチの第１の実施形態を示
す回路図である。
【図６】本発明の高周波スイッチの第２の実施形態を示
す回路図である。
【図７】本発明の切替型高周波スイッチの第１の実施形
態を示す回路図である。
【図８】本発明の切替型高周波スイッチの第２の実施形
態を示す回路図である。
【図９】本発明の切替型高周波増幅器の第１の実施形態
を示す回路図である。
【図１０】図９の切替型高周波増幅器の入出力特性を示
す図である。
【図１１】図９の切替型高周波増幅器の消費電流を示す
図である。
【図１２】本発明の切替型高周波増幅器の第２の実施形
態を示す回路図である。
【図１３】従来の高周波増幅器を示す回路図である。
【符号の説明】
２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ 高周波スイッチ ２２、２２ａ、２２ｂ、２２ HBT ２３、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ HBT ２４ 電源回路 ２５ａ、２５ｂ、２５ｃ HBT ２６ａ、２６ｂ HBT B2、B3、B5、B6 ベース C3、C5、C6 コレクタ E5、E6 エミッタ CP キャパシタ IN 入力信号 L1、L2、L3、L4、L5、L6、L8、L9、L10 インダクタ L11、L12、L13、L14、L15、L16、L17、L18、L19 インダ
クタ L20、L21、L22、L23、L24、L25、L26、L27 インダクタ M1、M3、M6、M7、M11、M14、M18 入力整合回路 M2、M4、M5、M8、M9、M10、M12、M13 出力整合回路 Ｍ15、M16、M17、Ｍ19、M20、M21、M22 出力整合回路 OUT、OUT1、OUT2、OUT3 出力信号 RSV 受信信号 S、S1、S2、S3 制御信号 SND 送信信号 V、V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7、V8、V9、V10、V11 ベ
ースバイアス VCC 電源電圧
フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J055 AX06 AX12 AX44 AX47 AX55 AX56 BX04 BX05 BX11 BX17 CX01 CX03 CX26 DX04 DX44 DX51 DX55 DX61 DX83 EY05 EY10 EZ05 EZ21 EZ53 GX01 GX06 5J069 AA04 AA13 AA21 AA41 AA54 AC03 CA36 CA81 FA04 FA18 HA02 HA06 HA29 HA33 HA39 HA40 KA29 KA48 KA49 MA04 MA17 MA19 MA22 SA01 SA14 TA01 TA02 5J092 AA04 AA13 AA21 AA41 AA54 CA36 CA81 FA04 FA18 GR02 HA02 HA06 HA29 HA33 HA39 HA40 KA29 KA48 KA49 MA04 MA17 MA19 MA22 SA01 SA14 TA01 TA02 5J100 AA26 BA04 BB16 BC02 CA12 EA02 FA01

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ベースに高周波の入力信号が供給される
    第１のバイポーラトランジスタと、 該第１のバイポーラトランジスタにカスコード接続さ
    れ、増幅した前記入力信号をコレクタから出力する第２
    のバイポーラトランジスタとを備え、 前記第２のバイポーラトランジスタのベースには、該第
    ２のバイポーラトランジスタをオンオフ制御する制御信
    号が供給されることを特徴とする高周波スイッチ。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の高周波スイッチを複数並
    列に備え、 前記各第１のバイポーラトランジスタのベースは、相互
    に接続され、 前記各第２のバイポーラトランジスタのベースに供給さ
    れる前記制御信号に応じて、増幅した前記入力信号の出
    力先を選択することを特徴とする切替型高周波スイッ
    チ。
  3. 【請求項３】 請求項２記載の切替型高周波スイッチに
    おいて、 前記各第２のバイポーラトランジスタのベースには、共
    通の前記制御信号が供給されることを特徴とする切替型
    高周波スイッチ。
  4. 【請求項４】 請求項２記載の切替型高周波スイッチ
    と、 エミッタ接地され、前記切替型高周波スイッチにおける
    前記各第２のバイポーラトランジスタのコレクタにそれ
    ぞれベースが接続された複数の第３のバイポーラトラン
    ジスタとを備え、 前記第３のバイポーラトランジスタのコレクタは、相互
    に接続されたことを特徴とする切替型高周波電力増幅
    器。
  5. 【請求項５】 請求項４記載の切替型高周波電力増幅器
    において、 前記各第３のバイポーラトランジスタのベースには、該
    ベースに接続された前記第２のバイポーラトランジスタ
    をオン制御する制御信号に連動して動作用のバイアスが
    供給されることを特徴とする高周波電力増幅器。
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