JP2002246858A - 利得制御増幅回路およびそれを用いた受信機、送信機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】スイッチ用トランジスタにＲＦ増幅用トランジ
スタと同じデプレション形のトランジスタを用いるとと
もに、しきい値電圧を浅くする。 【解決手段】ＲＦ信号増幅用トランジスタ１０６のドレ
イン側にデプレション形のスイッチ用トランジスタ１０
５を挿入するとともに、スイッチ用トランジスタ１０５
のしきい値電圧をＲＦ信号増幅用トランジスタ１０６よ
り浅くする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セルラ電話などの
送受信機や、ＴＶ、ＣＡＴＶ、衛星放送、衛星通信等の
受信機とそれらに用いられる利得制御増幅回路に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図５に利得制御増幅回路の従来例を示
す。図の利得制御増幅回路はセルラ電話において、基地
局からの無線周波信号(ＲＦ信号)を受信し、音声信号に
復調する受信機に用いられる初段の低雑音増幅回路の一
例を示したもので、図の利得制御増幅回路に入力される
ＲＦ信号周波数は８００ＭＨｚ帯のＲＦ信号であり、電
源電圧は３Ｖである。

【０００３】図の利得制御増幅回路は、ＲＦ信号入力端
子１０１と、ＲＦ信号出力端子１０２と、制御端子１０
４と、電源端子１０３と、入力整合回路１２０と、出力
整合回路１３０と、バイパス回路１４０と、デプレショ
ン形のＲＦ信号増幅用トランジスタ１０６と、エンハン
スメント形のスイッチ用トランジスタ５０１と、高周波
接地用コンデンサ１０８、１０９と、電流調整用抵抗５
０２と、ゲート保護用抵抗５０３と、バイアス抵抗５０
４を有しており、ＲＦ信号増幅用トランジスタ１０６の
ゲートは入力整合回路１２０を介し、ＲＦ信号入力端子
１０１を接続し、ドレインは出力整合回路１３０を介し
ＲＦ信号出力端子１０２を接続するとともに、入力整合
回路１２０と出力整合回路１３０間にはバイパス回路１
４０を接続している。

【０００４】また、入力整合回路１２０は、コンデンサ
１２１と、インダクタ１２２、１２３を有しており、Ｒ
Ｆ信号増幅用トランジスタ１０６のゲートとのインピー
ダンス整合を図り、出力整合回路１３０は、インダクタ
１３１、１３２と、コンデンサ１３３を有しており、Ｒ
Ｆ信号増幅用トランジスタ１０６のドレインとのインピ
ーダンス整合を図るとともに、電源端子１０３の電圧を
ＲＦ信号増幅用トランジスタ１０６のドレインに供給す
る働きも兼ねている。

【０００５】さらに、バイパス回路１４０は、デプレシ
ョン形のバイパス用トランジスタ１４１と、直流分を阻
止するためのバイパスコンデンサ１４２と、バイアス抵
抗１４３、１４４を有しており、バイパス用トランジス
タ１４１のドレインとソース間にバイアス抵抗１４３を
接続するとともに、ドレインを出力整合回路１３０に接
続し、ソースをバイパスコンデンサ１４２を介し、入力
整合回路１２０に接続しているので、バイパス用トラン
ジスタ１４１のゲートに加える電圧が接地電位付近とな
ると、バイパス用トランジスタ１４１はオフ状態とな
り、バイパス回路１４０は高インピーダンスとなる。ま
た、バイパス用トランジスタ１４１のゲートに加える電
圧が電源電圧付近となるとバイパス用トランジスタ１４
１はオン状態となり、バイパス回路１４０は低インピー
ダンスとなる。

【０００６】また、ＲＦ信号増幅用トランジスタ１０６
のソースを高周波接地コンデンサ１０８により高周波接
地を行うとともに、ソースが電流調整用抵抗５０２によ
り接地され、ゲートがゲート保護用抵抗５０３を介し制
御端子１０４に接続されたエンハンスメント形のスイッ
チ用トランジスタ５０１のドレインを接続する。さら
に、ソースにバイアス抵抗１４４を介しバイパス用トラ
ンジスタ１４１のゲートを接続することで、ソース電圧
をバイパス用トランジスタ１４１のゲートに印加すると
ともに、ドレイン、ソース間をバイアス抵抗５０４で接
続する。

【０００７】以上の利得制御増幅回路は、制御端子１０
４に電源電圧程度の制御電圧を印加した場合、スイッチ
用トランジスタ５０１がオン状態となり、ＲＦ信号増幅
用トランジスタ１０６にドレイン電流が流れるので、Ｒ
Ｆ信号入力端子１０１より入力されたＲＦ信号が入力整
合回路１２０を介しＲＦ信号増幅用トランジスタ１０６
で増幅され、出力整合回路１３０を介しＲＦ信号出力端
子１０２より出力される。このとき、ＲＦ信号増幅用ト
ランジスタ１０６のソースにバイアス抵抗１４４を介し
接続されたバイパス用トランジスタ１４１のゲートは約
０.６Ｖ程度の低電位であり、ＲＦ信号増幅用トランジ
スタ１０６のドレインとソースは３Ｖ程度の電源電圧が
加わわっているので、バイパス用トランジスタ１４１は
オフ状態となり、バイパス回路１４０は高インピーダン
スとなる。このため、ＲＦ信号増幅用トランジスタ１０
６がオン状態となって、ＲＦ信号を増幅する場合には、
バイパス回路１４０の影響を無視することができる。

【０００８】次に制御端子１０４が０Ｖとなった場合、
スイッチ用トランジスタ５０１はエンハンスメント形の
ためオフ状態となって、ＲＦ信号増幅用トランジスタ１
０６に電流が流れなくなり、ＲＦ信号入力端子１０１よ
り入力されたＲＦ信号はＲＦ信号増幅用トランジスタ１
０６からＲＦ信号出力端子１０２に出力されない。

【０００９】このとき、ＲＦ信号増幅用トランジスタ１
０６はオフ状態であるので、バイアス抵抗５０４によ
り、ＲＦ信号増幅用トランジスタ１０６のソース電位は
ほぼ電源電圧となるので、バイパス用トランジスタ１４
１はオン状態となり、ＲＦ信号入力端子１０１より入力
されたＲＦ信号は、ほば減衰なしにバイパス回路１４０
を介してＲＦ信号出力端子１０２より出力される。

【００１０】以上のように、上記利得制御増幅回路は、
制御端子１０４に電源電圧程度のハイレベルの制御電圧
を印加した場合、ＲＦ信号入力端子１０１より入力され
たＲＦ信号を増幅してＲＦ信号出力端子１０２より出力
し、制御端子１０４に接地電位付近のローレベルの制御
電圧を印加した場合は、ＲＦ信号入力端子１０１より入
力されたＲＦ信号をほぼそのままのレベルでＲＦ信号出
力端子１０２にバイパスする構成である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術で示す利
得制御増幅回路では、高周波特性、雑音特性、３次歪特
性に優れたＧａＡｓ（ひ化ガリウム）電界効果トランジ
スタを用いて集積化しようとした場合、ＧａＡｓ電界効
果トランジスタでは、スイッチ用トランジスタ５０１の
ようなエンハンスメント形のトランジスタを形成するの
は困難である。さらに、ＧａＡｓ半導体基板上で、少な
くともＲＦ増幅用トランジスタ１０６とバイパス用トラ
ンジスタ１４１をデプレション形に、スイッチ用トラン
ジスタ５０１をエンハンスメント形に作り分ける必要も
あるため、上記利得制御増幅回路をＧａＡｓ半導体基板
上に１チップに集積化するのは困難である。このため、
上記従来技術で示す利得制御増幅回路を集積化した場
合、スイッチ用トランジスタ回路を外付けするため、部
品点数や実装面積の削減を図れないという問題があっ
た。

【００１２】本発明の目的は、上記問題を解決し、集積
化に適した利得制御増幅回路を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の第１の手段は、図５の従来技術で示した利得制御増幅
回路にお いて、ドレインに出力整合回路１３０を接続
し、ゲートをゲート保護用抵抗を介し制御端子１０４に
接続したスイッチ用トランジスタのソースとＲＦ信号増
幅用トランジスタ１０６のドレインを接続し、ＲＦ信号
増幅用トランジスタ１０６のソースを高周波接地用コン
デンサと電流調整用抵抗の並列接続体により接地した構
成とするとともに、スイッチ用トランジスタのしきい値
電圧をＲＦ信号増幅用トランジスタ１０６のしきい値電
圧よりも浅いデプレション形のトランジスタを用いた。
さらに、スイッチ用トランジスタのスイッチ特性を改善
するため、スイッチ用トランジスタのゲート幅をＲＦ信
号増幅用トランジスタ１０６のゲート幅よりも小さいト
ランジスタを用いるのに加え、スイッチ用トランジスタ
のゲート長をＲＦ信号増幅用トランジスタ１０６のゲー
ト長よりも長いトランジスタを用いた。

【００１４】以上の構成とすることにより、図５の従来
技術で示した利得制御増幅回路では、ＲＦ信号増幅用ト
ランジスタ１０６をオン、オフする手段として、ＲＦ信
号増幅用トランジスタのソースをエンハンスメント形の
スイッチ用トランジスタを用いて制御していたのに対
し、本発明の第１の手段ではデプレション形のスイッチ
用トランジスタをＲＦ信号増幅用トランジスタ１０６の
ドレイン側に挿入した。これにより、スイッチ用トラン
ジスタのゲートに電源電圧程度の電圧を印加した場合、
スイッチ用トランジスタはオン状態となって、スイッチ
用トランジスタのソース、ドレイン間電圧はほぼ０Ｖと
なり、電源電圧がそのままＲＦ信号増幅用トランジスタ
１０６のドレインに加わるので、ＲＦ信号増幅用トラン
ジスタ１０６はオン状態となり、ＲＦ信号入力端子１０
１より入力されたＲＦ信号を増幅してＲＦ信号出力端子
１０２に出力する。

【００１５】次にスイッチ用トランジスタのゲートに０
Ｖを印加した場合、スイッチ用トランジスタのソース電
位も０Ｖ近くとなるのでＲＦ信号増幅用トランジスタ１
０６のソース、ドレイン間電圧も０Ｖに近づくため利得
が減少する。このとき、スイッチ用トランジスタのしき
い値電圧がＲＦ信号増幅用トランジスタのしきい値電圧
より浅いほど、ＲＦ信号増幅用トランジスタ１０６のソ
ース、ドレイン間電圧が限りなく０Ｖに近づくので、Ｒ
Ｆ信号増幅用トランジスタ１０６をオフ状態にすること
ができる。

【００１６】さらにスイッチ用トランジスタのゲート幅
をＲＦ信号増幅用トランジスタのゲート幅より小さいト
ランジスタを用いたり、スイッチ用トランジスタのゲー
ト長をＲＦ信号増幅用トランジスタ１０６のゲート長よ
りも長いトランジスタを用いればＲＦ信号増幅用トラン
ジスタ１０６をオフし易くできる。

【００１７】なお、ＲＦ信号増幅用トランジスタをオン
オフするためのスイッチ用トランジスタとＲＦ信号増幅
用トランジスタの条件の一例を示すと、スイッチ用トラ
ンジスタのゲート長（Ｌｇ）を０.７ｕｍ、ゲート幅
（Ｗｇ）を１００ｕｍ、しきい値電圧（Ｖｔｈ）を−
０.１Ｖ、ＲＦ信号増幅用トランジスタのゲート長（Ｌ
ｇ）を０.７ｕｍ、ゲート幅（Ｗｇ）を４００ｕｍ、し
きい値電圧（Ｖｔｈ）−０.７Ｖとすれば、スイッチ用
トランジスタのゲート電圧によりＲＦ信号増幅用トラン
ジスタをオンオフすることができる。

【００１８】以上のように、上記課題を解決するための
第１の手段を用いれば、スイッチ用トランジスタも他の
トランジスタと同じデプレション形でスイッチ動作が可
能となり、ＲＦ信号増幅用トランジスタやバイパス用ト
ランジスタと同じ半導体基板上に形成可能となるので、
図５で示した利得制御増幅回路を１チップに集積化する
ことができる。

【００１９】なお、異なるしきい値のトランジスタを同
一の半導体基板上に集積化する場合、異なるしきい値の
トランジスタを別々に形成することで容易に対応するこ
とができる。

【００２０】次に、上記課題を解決するための第２の手
段は、図５の従来技術で示した利得制御増幅回路でスイ
ッチ用トランジスタ５０１をデプレション形としただけ
ではスイッチ用トランジスタのゲートを０Ｖとしてもド
レイン電流が流れてしまうことから、スイッチ用トラン
ジスタ５０１をデプレション形とするとともに、スイッ
チ用トランジスタのソースに少なくともダイオードを含
む回路により接地する構成とし、さらにスイッチ用トラ
ンジスタのしきい値電圧がＲＦ信号増幅用トランジスタ
のしきい値電圧より浅く、かつ、スイッチ用トランジス
タのしきい値電圧の絶対値がスイッチ用トランジスタの
ソースに挿入されたダイオードの順方向電圧よりも小さ
いトランジスタを用いた。

【００２１】以上の構成とすることにより、スイッチ用
トランジスタのゲートが０Ｖのとき、スイッチ用トラン
ジスタのソース電位がスイッチ用トランジスタのソース
に挿入されたダイオードの順方向電圧よりも低くなるた
め、ダイオードに電流が流れなくなるので、ＲＦ信号増
幅用トランジスタをオフすることができる。また、スイ
ッチ用トランジスタのゲートにスイッチ用トランジスタ
のソースに挿入されたダイオードの順方向電圧である約
０.５Ｖより高い電圧を印加すれば、スイッチ用トラン
ジスタのドレインに電流が流れるので、ＲＦ増幅用トラ
ンジスタをオンすることができる。なお、このとき流れ
る電流は、ＲＦ増幅用トランジスタとスイッチ用トラン
ジスタのしきい値電圧の差により決まり、ＲＦ増幅用ト
ランジスタに数ｍＡ以上の電流を流す場合にはＲＦ増幅
用トランジスタのしきい値電圧をスイッチ用トランジス
タのしきい値電圧よりも深くする必要がある。これらト
ランジスタの条件の一例を示すと、ＲＦ信号増幅用トラ
ンジスタのゲート長（Ｌｇ）を０.７ｕｍ、ゲート幅
（Ｗｇ）を４００ｕｍ、しきい値電圧（Ｖｔｈ）を−
１．０Ｖ、スイッチ用トランジスタのゲート長（Ｌｇ）
を０.７ｕｍ、ゲート幅（Ｗｇ）を４００ｕｍ、しきい
値電圧（Ｖｔｈ）を−０.１Ｖとすれば、スイッチ用ト
ランジスタによりＲＦ信号増幅用トランジスタをオンオ
フすることが可能である。

【００２２】以上のように、上記課題を解決するための
第２の手段を用いれば、第１の手段と同様にスイッチ用
トランジスタも他のトランジスタと同じデプレション形
でスイッチ動作が可能となり、ＲＦ信号増幅用トランジ
スタやバイパス用トランジスタと同じ半導体基板上に形
成可能となるので、図５で示した利得制御増幅回路を１
チップに集積化することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。

【００２４】図１は本発明による利得制御増幅回路の第
１の実施の形態を示す回路図である。図において、１０
５はデプレション形のスイッチ用トランジスタ、１１０
はゲート保護用抵抗、１０７は電流調整用抵抗、１５０
は反転回路であり、反転回路１５０は反転用トランジス
タ１５１と、ダイオード１５２と、負荷抵抗１５３と、
ゲート保護用抵抗１５４より構成される。さらに、反転
用トランジスタ１５１は、しきい値電圧の絶対値がダイ
オード１５２の順方向電圧よりも小さいトランジスタを
用いており、その他、図５に対応する部分については同
一符号を付けて説明を省略する。

【００２５】同図において、第１の実施の形態は、ドレ
インに出力整合回路１３０を接続し、ゲートをゲート保
護用抵抗１１０を介し制御端子１０４に接続したスイッ
チ用トランジスタ１０５のソースとＲＦ信号増幅用トラ
ンジスタ１０６のドレインを接続し、ＲＦ信号増幅用ト
ランジスタ１０６のソースを高周波接地用コンデンサ１
０８と電流調整用抵抗１０７の並列接続体により接地
し、スイッチ用トランジスタ１０５をＲＦ信号増幅用ト
ランジスタ１０６のドレイン側に挿入した構成とすると
ともに、スイッチ用トランジスタ１０５のしきい値電圧
をＲＦ信号増幅用トランジスタ１０６のしきい値電圧よ
り浅いトランジスタを用いた。さらに、スイッチ用トラ
ンジスタのスイッチ特性を改善するため、スイッチ用ト
ランジスタ１０５のゲート幅をＲＦ信号増幅用トランジ
スタ１０６のゲート幅より小さいトランジスタを用いる
のに加え、スイッチ用トランジスタのゲート長をＲＦ信
号増幅用トランジスタ１０６のゲート長より長いトラン
ジスタを用いており、これ以外の構成は図５に示した従
来の利得制御増幅回路と同様であり、また、その動作
も、図５で示した従来の利得制御増幅回路と同様に、Ｒ
Ｆ信号入力端子１０１より入力されたＲＦ信号を制御端
子１０４に印加される電圧により、増幅あるいは増幅な
しにバイパスしてＲＦ信号出力端子１０２より出力す
る。

【００２６】なお、反転回路１５０は、制御端子１０４
に印加した制御電圧を反転して、バイパス回路１４０の
バイパス用トランジスタ１４１のゲートに印加するもの
であり、制御端子１０４に電源電圧程度の電圧を印加し
た場合、スイッチ用トランジスタ１０５がＲＦ信号増幅
用トランジスタ１０６をオン状態とするとともに、反転
用トランジスタ１５１もオン状態となり、反転用トラン
ジスタ１５１のドレインには、ソースに挿入されたダイ
オード１５２の順方向電圧である約０.６Ｖの低電圧が
出力され、これがバイパス用トランジスタ１４１のゲー
トに印加されるので、バイパス用トランジスタ１４１は
オフ状態となり、ＲＦ信号入力端子１０１より入力され
たＲＦ信号は、バイパス回路１４０を介さずＲＦ信号増
幅用トランジスタ１０６により増幅されＲＦ信号出力端
子１０２より出力される。

【００２７】次に制御端子１０４に０Ｖを印加した場
合、スイッチ用トランジスタ１０５がＲＦ信号増幅用ト
ランジスタ１０６をオフ状態とする一方で、反転用トラ
ンジスタ１５１のソース電位がダイオード１５２の順方
向電圧より低くなるので、反転用トランジスタ１５１は
オフ状態となり、反転用トランジスタ１５１のドレイン
はほぼ電源電圧が出力される。このためバイパス用トラ
ンジスタ１４１のゲートにも電源電圧に近い電圧が印加
されるため、バイパス用トランジスタ１４１はオン状態
となり、ＲＦ信号入力端子１０１より入力されたＲＦ信
号は、そのままバイパス回路１４０を介しＲＦ信号出力
端子１０２より出力される。

【００２８】以上の第１の実施の形態では、図５の従来
技術で示した利得制御増幅回路は、スイッチ用トランジ
スタをエンハンスメント形のトランジスタを用いる必要
があったのに対し、本発明の第１の実施の形態では、ス
イッチ用トランジスタを含めたすべてのトランジスタを
デプレション形で実現可能となるので、図１で示した利
得制御増幅回路を１チップに集積化することができる。

【００２９】図２は本発明による利得制御増幅回路の第
２の実施の形態を示す回路図であって、２０１はバイパ
ス用コンデンサ、２０２はバイアス抵抗、２０３、２０
４はブリーダ抵抗であり、図１および図５に対応する部
分には同一符号を付し重複する説明を省略する。

【００３０】図の利得制御増幅回路は図１の第１の実施
の形態を示す回路図と比較して、出力整合回路１３０と
バイパス用トランジスタ１４１のドレイン間にバイパス
用コンデンサ２０１を挿入し、バイパス用トランジスタ
１４１のドレインをバイアス抵抗２０２を介し制御端子
１０４に接続するとともに、ゲートをバイアス抵抗１４
４を介し、ブリーダ抵抗２０３、２０４の接続点に接続
する構成とし、バイパス用トランジスタ１４１のゲート
には０.５Ｖ程度の低電圧が印加されるようにブリーダ
抵抗２０３、２０４の抵抗比を選んでいる。

【００３１】以上の第２の実施の形態では、制御端子１
０４に電源電圧程度の電圧を印加した場合、スイッチ用
トランジスタ１０５がＲＦ信号増幅用トランジスタ１０
６をオン状態とするとともに、バイパス用トランジスタ
１４１のドレインとソースに電源電圧程度の制御電圧が
加わることでバイパス用トランジスタ１４１のゲート、
ソース間電圧（Ｖｇｓ）がバイパス用トランジスタ１４
１のしきい値電圧よりも小さくなることから、バイパス
用トランジスタ１４１がオフ状態となり、ＲＦ信号入力
端子１０１より入力されたＲＦ信号は、ＲＦ信号増幅用
トランジスタ１０６により増幅されＲＦ信号出力端子１
０２より出力される。

【００３２】次に制御端子１０４に０Ｖの電圧を印加し
た場合、スイッチ用トランジスタ１０５がＲＦ信号増幅
用トランジスタ１０６をオフ状態とするとともに、バイ
パス用トランジスタ１４１のドレインとソースに０Ｖの
制御電圧が加わり、ゲートにブリーダ抵抗２０３、２０
４により約０.５Ｖの電圧が印加されていることから、
バイパス用トランジスタ１４１がオン状態となって、Ｒ
Ｆ信号入力端子１０１より入力されたＲＦ信号が、その
ままバイパス回路１４０を介しＲＦ信号出力端子１０２
より出力される。

【００３３】以上の第２の実施の形態では、スイッチ用
トランジスタを含めたすべてのトランジスタをデプレシ
ョン形で実現可能となるので、先の第１の実施の形態と
同様な効果が得られる上に、第１の実施の形態では制御
端子１０４の制御信号を反転回路１５０を介して、バイ
パス用トランジスタ１４１のゲートに印加していたが、
第２の実施の形態ではバイパス用トランジスタ１４１の
ドレインに制御電圧を印加する構成とすることにより、
反転回路１５０を削除することができるので、回路の簡
略化を図ることができる。

【００３４】図３は本発明による利得制御増幅回路の第
３の実施の形態を示す回路図であって、３０１はデプレ
ション形のスイッチ用トランジスタ、３０２はダイオー
ド、３０３は電流調整用抵抗、３０４はバイアス抵抗、
３０５はゲート保護用抵抗である。また、スイッチ用ト
ランジスタ３０１は、しきい値電圧の絶対値がダイオー
ド３０２の順方向電圧よりも小さいトランジスタを用い
ており、その他、図１および図５に対応する部分につい
ては同一符号を付し重複する説明を省略する。

【００３５】図の利得制御増幅回路は図１の第１の実施
の形態を示す回路図と比較して、ＲＦ信号増幅用トラン
ジスタ１０６のドレインに出力整合回路１３０を接続
し、ソースにスイッチ用トランジスタ３０１のドレイン
を接続するとともに、スイッチ用トランジスタ３０１の
ソースをダイオード３０２と電流調整用抵抗３０３の直
列接続体により接地し、ゲートをゲート保護用抵抗３０
５を介し制御端子１０４に接続する。さらに、ＲＦ信号
増幅用トランジスタ１０６のソースをバイアス抵抗１４
４を介しバイパス用トランジスタ１４１のゲートに接続
するとともに、ＲＦ信号増幅用トランジスタ１０６のド
レイン、ソース間をバイアス抵抗３０４で接続する。

【００３６】以上の第３の実施の形態は、制御端子１０
４に電源電圧程度の電圧を印加した場合、スイッチ用ト
ランジスタ３０１のソースはダイオード３０２の順方向
電圧よりも高い電圧が現われるので、スイッチ用トラン
ジスタ３０１にドレイン電流が流れ、ＲＦ増幅用トラン
ジスタ１０６はオン状態となり、ＲＦ信号入力端子１０
１より入力されたＲＦ信号は、ＲＦ信号増幅用トランジ
スタ１０６により増幅されＲＦ信号出力端子１０２より
出力される。また、このとき、ＲＦ信号増幅用トランジ
スタ１０６のソースは、ダイオード３０２の順方向電圧
と電流調整用抵抗３０３の電圧降下分の約０.６Ｖの低
電圧となることから、この電圧がゲートに印加されるバ
イパス用トランジスタ１４１はオフ状態となるので、バ
イパス回路１４０を無視することができる。

【００３７】次に制御端子１０４に０Ｖを印加した場
合、スイッチ用トランジスタ３０１のソース電位がダイ
オード３０２の順方向電圧より低くなるので、スイッチ
用トランジスタ３０１にドレイン電流が流れなくなり、
ＲＦ信号増幅用トランジスタ１０６はオフ状態となる。
また、このとき、ＲＦ信号増幅用トランジスタ１０６の
ソース電位はバイアス抵抗３０４によりほぼ電源電圧が
出力されるので、この電圧がゲートに印加されるバイパ
ス用トランジスタ１４１はオン状態となり、ＲＦ信号入
力端子１０１より入力されたＲＦ信号は、そのままバイ
パス回路１４０を介しＲＦ信号出力端子１０２より出力
する。

【００３８】以上の第３の実施の形態では、スイッチ用
トランジスタをＲＦ増幅用トランジスタのソース側に挿
入した構成であっても、デプレション形のスイッチ用ト
ランジスタで実現可能となるので、先の第１の実施の形
態と同様な効果が得られる上に、第１の実施の形態では
制御端子１０４の制御信号を反転回路１５０を介して、
バイパス用トランジスタ１４１のゲートに印加していた
が、第３の実施の形態では、ＲＦ増幅用トランジスタ１
０６のソース電圧が制御端子１０４に印加される制御電
圧を反転する構成であることを利用して、ＲＦ増幅用ト
ランジスタ１０６のソース電圧をバイパス用トランジス
タ１４１のゲートに印加することにより、反転回路１５
０を削除できるので、回路の簡略化を図ることができ
る。

【００３９】図４は本発明による利得制御増幅回路の第
４の実施の形態を示す回路図であって、４０１はバイパ
ス用コンデンサ、４０２はバイアス抵抗、４０３、４０
４はブリーダ抵抗であり、図１、図２、図３および図５
に対応する部分には同一符号を付し重複する説明を省略
する。

【００４０】図の利得制御増幅回路は図３の第３の実施
の形態を示す回路図と比較して、出力整合回路１３０と
バイパス用トランジスタ１４１のドレイン間にバイパス
用コンデンサ４０１を挿入し、バイパス用トランジスタ
１４１のドレインをバイアス抵抗４０２を介し制御端子
１０４に接続するとともに、ゲートをバイアス抵抗１４
４を介し、ブリーダ抵抗４０３、４０４の接続点に接続
する構成とし、バイパス用トランジスタ１４１のゲート
には０.５Ｖ程度の低電圧が印加されるようにブリーダ
抵抗４０３、４０４の抵抗比を選んでいる。

【００４１】以上の第４の実施の形態では、制御端子１
０４に電源電圧程度の電圧を印加した場合、スイッチ用
トランジスタ１０５がＲＦ信号増幅用トランジスタ１０
６をオン状態とするとともに、バイパス用トランジスタ
１４１がオフ状態となり、ＲＦ信号入力端子１０１より
入力されたＲＦ信号は、ＲＦ信号増幅用トランジスタ１
０６により増幅されＲＦ信号出力端子１０２より出力さ
れる。

【００４２】次に制御端子１０４に０Ｖの電圧を印加し
た場合、スイッチ用トランジスタ１０５がＲＦ信号増幅
用トランジスタ１０６をオフ状態とするとともに、バイ
パス用トランジスタ１４１がオン状態となり、ＲＦ信号
入力端子１０１より入力されたＲＦ信号は、そのままバ
イパス回路１４０を介しＲＦ信号出力端子１０２より出
力する。

【００４３】以上の第４の実施の形態では、スイッチ用
トランジスタを含めたすべてのトランジスタをデプレシ
ョン形で実現可能となるので、先の第１の実施の形態と
同様な効果が得られる上に、第１の実施の形態では制御
端子１０４の制御信号を反転回路１５０を介して、バイ
パス用トランジスタ１４１のゲートに印加していたが、
第４の実施の形態ではバイパス用トランジスタ１４１の
ドレインに制御電圧を印加することにより、反転回路１
５０を削除することができるので、回路の簡略化を図る
ことができる。

【００４４】次に本発明の実施の形態における効果を図
６、図７および図８を参照して説明する。

【００４５】図６は図１の利得制御増幅回路の第１の実
施の形態と図３の利得制御増幅回路の第３の実施の形態
における制御電圧に対するドレイン電流のシミュレーシ
ョン結果を示したものである。

【００４６】図６においてのシミュレーションは、電源
電圧３Ｖで制御電圧を０から３Ｖまで変化したときのＲ
Ｆ増幅用トランジスタのドレイン電流を計算したもので
あり、図６の横軸は制御電圧、縦軸はドレイン電流であ
る。図から図１の第１の実施の形態と図３の第３の実施
の形態とも、制御電圧を０Ｖにするとドレイン電流がほ
ぼゼロになり、ＲＦ増幅用トランジスタがオフ状態とな
っていることが分かる。

【００４７】また、図７および図８は図１で示した第１
の実施の形態を試作したときの実験値を示したものであ
り、図７は、ＲＦ信号周波数８２０〜９２０ＭＨｚ、電
源電圧３Ｖで、制御電圧が３Ｖと０Ｖのときの利得を測
定したもので、横軸はＲＦ信号周波数、縦軸は利得であ
る。

【００４８】図から制御電圧が３Ｖの時は、バイパス回
路がオフ状態となり、ＲＦ増幅用トランジスタがオン状
態となって、入力されたＲＦ信号を増幅出力しているこ
とが分かる。また、制御電圧が０Ｖの時は、バイパス回
路がオン、ＲＦ増幅用トランジスタがオフ状態となっ
て、入力されたＲＦ信号をほぼそのままのレベルでバイ
パス出力していることが分かる。

【００４９】また、図８はＲＦ信号周波数８２０〜９２
０ＭＨｚ、電源電圧３Ｖで、制御電圧が３Ｖと０Ｖのと
きの３次歪特性を測定したもので、横軸はＲＦ信号周波
数、縦軸は３次歪抑圧比であり、制御電圧３Ｖ時の利得
増幅時に入力されるＲＦ信号レベルは−２５ｄＢｍ、制
御電圧０Ｖ時のバイパス時に入力されるＲＦ信号レベル
は−５ｄＢｍである。図から利得増幅時の入力換算時の
インターセプトポイント（ＩＰ３ｉｎ）は＋６ｄＢｍ、
バイパス時の入力換算時のインターセプトポイント（Ｉ
Ｐ３ｉｎ）は＋２０ｄＢｍが得られており、セルラ電話
等の受信機で用いられる利得制御機能を有する低雑音増
幅回路に要求される性能を満たす結果が得られている。

【００５０】なお、この試作では、ＲＦ増幅用トランジ
スタは、ゲート長０.７ｕｍ、ゲート幅４００ｕｍ、し
きい値電圧−０.７Ｖ、スイッチ用トランジスタは、ゲ
ート長０.７ｕｍ、ゲート幅１００ｕｍ、しきい値電圧
−０.１Ｖ、バイパス用トランジスタはゲート長０.７ｕ
ｍ、ゲート幅１０００ｕｍ、しきい値電圧−０.７Ｖ、
反転用トランジスタはゲート長０.７ｕｍ、ゲート幅１
００ｕｍ、しきい値電圧−０.１Ｖのトランジスタを用
いており、これらのトランジスタは同一のひ化ガリウム
（ＧａＡｓ）基板上に形成され、１チップに集積化され
ている。

【００５１】次に、上述した実施の形態における利得制
御増幅回路を用いた送信機および受信機を図９を参照し
て説明する。図９は送受信機能を有するセルラ電話のブ
ロック図を示したものであり、９０１は送受信兼用アン
テナ、９０２、９０４、９０６、９１７、９２０はバン
ドパスフィルタ、９０３、９１８は利得制御増幅回路、
９０５、９１５はミクサ回路、９０７は音声復調回路、
９０８はスピーカ、９０９、９１６は局部発振信号増幅
回路、９１０は送受信兼用の局部発振回路、９１１はＰ
ＬＬ回路、９１２は制御回路、９１３はマイクロホン、
９１４は音声変調回路、９１９は電力増幅回路を備え
る。また、図９の利得制御増幅回路９０３、９１８に
は、少なくとも図１、図２、図３および図４に示した利
得制御増幅回路を用いている。

【００５２】図のセルラ電話について、まずは基地局よ
り送信された８００ＭＨｚ帯あるいは１.９ＧＨｚ帯の
ＲＦ信号を受信する場合について説明する。

【００５３】図９において、基地局より送信されたＲＦ
信号は、送受信兼用アンテナ９０１より受信され、バン
ドパスフィルタ９０２により受信帯域以外を減衰させた
後、利得制御増幅回路９０３に入力される。入力された
ＲＦ信号は受信信号レベルに応じて増幅あるいそのまま
のレベルでバイパスされ、バンドパスフィルタ９０４を
介し、ミクサ回路９０５に入力される。ミクサ回路で
は、局部発振信号増幅回路９０９により増幅された送受
信兼用の局部発振回路９１０からの局部発振信号によ
り、入力されたＲＦ信号をＲＦ信号レベルに対応したレ
ベルの中間周波信号に周波数変換し、バンドパスフィル
タ９０６を介し音声復調回路９０７に入力する。音声復
調回路９０７では入力された中間周波信号を音声信号に
復調し、スピーカ９０８で音声信号を出力する。

【００５４】次に、セルラ電話から基地局にＲＦ信号を
送信する場合について説明する。

【００５５】図９において、マイクロホン９１３より出
力された音声信号は音声変調回路９１４により中間周波
信号として変調出力され、ミクサ回路９１５に入力され
る。入力された中間周波信号はミクサ回路９１５におい
て、局部発振信号増幅回路９１６により増幅された送受
信兼用の局部発振回路９１０からの局部発振信号によ
り、所望の送信出力レベルに対応したレベルのＲＦ信号
に周波数変換出力され、バンドパスフィルタ９１７を介
し利得制御増幅回路９１８に入力される。利得制御増幅
回路９１８では、入力されたＲＦ信号を所望の送信出力
レベルに対応したレベルに増幅あるいはそのままのレベ
ルでバイパスした後、電力増幅回路９１９により電力増
幅され、バンドパスフィルタ９２０を介し送受信兼用ア
ンテナにより基地局に送信する。

【００５６】なお、制御回路９１２では受信信号レベル
に応じ利得制御増幅回路９０３およびミクサ回路９０５
の利得制御を行うとともに、受信信号レベルが小さい場
合には基地局からの距離が離れていると判断し、送信信
号レベルを大きく、受信信号レベルが大きい場合には送
信信号レベルが小さくなるように利得制御増幅回路９１
８およびミクサ回路９１５の利得を制御する。さらに制
御回路９１２はＰＬＬ回路９１１を制御して送受信兼用
の局部発振回路９１０の発振周波数を制御する。また、
受信信号周波数と送信信号周波数は互いに混信を防ぐた
め、異なる周波数に設定するとともに、送信信号が受信
機側に漏れ込んだり、あるいは受信信号が送信機側に漏
れ込むことで、混変調妨害が発生しないよう、バンドパ
スフィルタ９０２および９２０を設け互いの信号が漏れ
込むのを防いでいる。

【００５７】以上の図９のセルラ電話において受信機
側、送信機側とも従来技術で示す利得制御増幅回路を用
いた場合、利得制御増幅回路を１チップに集積化できな
いため、スイッチ用トランジスタを外付けする必要があ
り、回路の実装面積を小さくできないという課題があっ
た。このため、利得制御増幅回路９０３および９１８
に、少なくとも利得制御増幅回路の第１、第２、第３お
よび第４の実施の形態を用いることにより、回路の実装
面積が小さく、より小型のセルラ電話を得ることができ
る。

【００５８】

【発明の効果】本発明によれば、利得制御増幅回路に用
いるトランジスタをすべてデプレション形のトランジス
タにより構成することができるので、利得制御増幅回路
を１チップに集積化することが可能となり、さらに、こ
れを受信機や送信機に用いれば回路規模が小さく実装面
積の小さい受信機や送信機を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による利得制御増幅回路の第１の実施の
形態を示す回路図である。

【図２】本発明による利得制御増幅回路の第２の実施の
形態を示す回路図である。

【図３】本発明による利得制御増幅回路の第３の実施の
形態を示す回路図である。

【図４】本発明による利得制御増幅回路の第４の実施の
形態を示す回路図である。

【図５】従来の利得制御増幅回路の一例を示す回路図で
ある。

【図６】本発明による利得制御増幅回路の第１と第３の
実施の形態の直流特性のシミュレーション結果を示す特
性図である。

【図７】本発明による利得制御増幅回路の第１の実施の
形態の周波数特性の実験結果を示す特性図である。

【図８】本発明による利得制御増幅回路の第１の実施の
形態の３次歪特性の実験結果を示す特性図である。

【図９】本発明の実施の形態を用いた受信機および送信
機の一例示すブロック図である。

【符号の説明】

１０１…ＲＦ信号入力端子、１０２…ＲＦ信号出力端
子、１０３…電源端子、１０４…制御端子、１０５、３
０１、５０１…スイッチ用トランジスタ、１０６…ＲＦ
信号増幅用トランジスタ、１０７、３０３、５０２…高
周波接地用コンデンサ、１０８、１０９…電流調整用抵
抗、１２０…入力整合回路、１３０…出力整合回路、１
４０…バイパス回路、１５０…反転回路、１４１…バイ
パス用トランジスタ、１５１…反転用トランジスタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丹下 英吾 東京都小平市上水本町五丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体グループ内 Ｆターム(参考） 5J100 AA24 AA25 BA01 BB02 BB16 BC02 CA02 CA03 CA12 DA06 EA02 FA01 FA02

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ドレインに第１の出力整合回路を接続
   し、ゲートを抵抗を介し第１の制御端子に接続した第１
   のスイッチ用トランジスタのソースと第１のＲＦ信号増
   幅用トランジスタのドレインを接続するとともに、前記
   第１のＲＦ信号増幅用トランジスタのソースを高周波接
   地し、前記第１のＲＦ信号増幅用トランジスタのゲート
   から第１の入力整合回路を介しＲＦ信号を入力し、前記
   第１の制御端子に印加される電圧がハイレベルならば、
   前記第１のスイッチ用トランジスタが前記第１のＲＦ信
   号増幅用トランジスタをオン状態にして、前記第１のＲ
   Ｆ信号増幅用トランジスタのドレインより、入力された
   ＲＦ信号を増幅して前記第１の出力整合回路に出力し、
   前記第１の制御端子に印加される電圧がローレベルなら
   ば前記第１のスイッチ用トランジスタが前記第１のＲＦ
   信号増幅用トランジスタをオフ状態にして、入力された
   ＲＦ信号を減衰して前記第１の出力整合回路に出力する
   構成の利得制御増幅回路において、 少なくとも前記第１のスイッチ用トランジスタとＲＦ信
   号増幅用トランジスタがデプレション型のトランジスタ
   であり、かつ、前記第１のスイッチ用トランジスタのし
   きい値電圧が前記第１のＲＦ信号増幅用トランジスタの
   しきい値電圧より浅いトランジスタを用いたことを特徴
   とする利得制御増幅回路。
2. 【請求項２】 入力されたＲＦ信号を増幅あるいは減衰
   し出力する請求項１記載の利得制御増幅回路において、
   第１の入力整合回路と第１の出力整合回路間に第２の制
   御端子を有した第１のバイパス回路を設け、第１の制御
   端子にローレベルの電圧を印加して第１のＲＦ信号増幅
   用トランジスタがオフ状態となって前記第１の入力整合
   回路に入力されたＲＦ信号を減衰させて前記第１の出力
   整合回路に出力する場合は、前記第２の制御端子にこれ
   に対応した制御電圧を印加して前記第１のバイパス回路
   をオン状態にして前記第１の入力整合回路に入力された
   ＲＦ信号を前記第１のバイパス回路を介して前記第１の
   出力整合回路にバイパスし、前記第１の制御端子にハイ
   レベルの電圧を印加して前記第１のＲＦ信号増幅用トラ
   ンジスタがオン状態となって前記第１の入力整合回路に
   入力されたＲＦ信号を増幅して第１の出力整合回路に出
   力する場合は、前記第２の制御端子にこれに対応した制
   御電圧を印加して前記第１のバイパス回路をオフ状態と
   する構成のバイパス回路を付加したことを特徴とする利
   得制御増幅回路。
3. 【請求項３】 請求項１および２記載の利得制御増幅回
   路において、 第１のスイッチ用トランジスタのゲート幅が前記第１の
   ＲＦ信号増幅用トランジスタのゲート幅より小さいトラ
   ンジスタを用いたことを特徴とする利得制御増幅回路。
4. 【請求項４】 請求項１、２および３記載の利得制御増
   幅回路において、 第１のスイッチ用トランジスタのゲート長が前記第１の
   ＲＦ信号増幅用トランジスタのゲート長より長いトラン
   ジスタを用いたことを特徴とする利得制御増幅回路。
5. 【請求項５】 請求項１、２、３および４記載の利得制
   御増幅回路において、 少なくとも第１のスイッチ用トランジスタと第１のＲＦ
   信号増幅用トランジスタを含むトランジスタが、同一半
   導体基板上に集積化されたことを特徴とする利得制御増
   幅回路。
6. 【請求項６】 ＲＦ周波信号を受信信号レベルにより増
   幅あるいはバイパスして出力する利得制御増幅回路と前
   記利得制御増幅回路より出力されたＲＦ周波信号を局部
   発振信号により中間周波信号に周波数変換出力するミク
   サ回路と、前記ミクサ回路より出力された中間周波信号
   を復調する復調回路からなる受信機において、 前記利得制御増幅回路には、少なくとも、請求項１、
   ２、３、４および５記載の利得制御増幅回路を用いたこ
   とを特徴とする受信機。
7. 【請求項７】 変調回路において変調出力される中間周
   波信号を局部発振信号により、ＲＦ周波信号に周波数変
   換出力するミクサ回路と、前記ミクサ回路より出力され
   たＲＦ周波信号を所望の信号レベルに増幅する利得制御
   増幅回路を有する送信機において、 前記利得制御増幅回路には、少なくとも、請求項１、
   ２、３、４および５記載の利得制御増幅回路を用いたこ
   とを特徴とする送信機。
8. 【請求項８】 ドレインに第２の出力整合回路を接続
   し、ゲートを第２の入力整合回路に接続した第２のＲＦ
   信号増幅用トランジスタのソースと第２のスイッチ用ト
   ランジスタのドレインを接続し、前記第２のスイッチ用
   トランジスタのゲートに抵抗を介し第３の制御端子に接
   続するとともに、ソースを少なくとも第１のダイオード
   を含む回路で接地し、前記第２のＲＦ信号増幅用トラン
   ジスタのゲートから第２の入力整合回路を介しＲＦ信号
   を入力し、前記第２のＲＦ信号増幅用トランジスタのド
   レインより、前記第３の制御端子に印加される電圧がハ
   イレベルならば前記第２のスイッチ用トランジスタが前
   記第２のＲＦ信号増幅用トランジスタをオン状態にし
   て、入力されたＲＦ信号を増幅して前記第２の出力整合
   回路に出力し、前記第３の制御端子に印加される電圧が
   ローレベルならば前記第２のスイッチ用トランジスタが
   前記第２のＲＦ信号増幅用トランジスタをオフ状態にし
   て、入力されたＲＦ信号を減衰して出力する構成の利得
   制御増幅回路において、 前記第２のスイッチ用トランジスタのしきい値電圧が前
   記第２のＲＦ信号増幅用トランジスタのしきい値電圧よ
   り浅く、かつ、前記第２のスイッチ用トランジスタのし
   きい値電圧の絶対値が、前記第１のダイオードの順方向
   電圧より小さいことを特徴とする利得制御増幅回路。
9. 【請求項９】 入力されたＲＦ信号を増幅あるいは減衰
   し出力する請求項８記載の利得制御増幅回路において、
   第２の入力整合回路と第２の出力整合回路間に第４の制
   御端子を有した第２のバイパス回路を設け、第３の制御
   端子にローレベルの制御電圧を印加して第２のＲＦ信号
   増幅用トランジスタがオフ状態となって前記第２の入力
   整合回路に入力されたＲＦ信号を減衰させて前記第２の
   出力整合回路に出力する場合は、前記第４の制御端子に
   これに対応した制御電圧を印加して、前記第２の入力整
   合回路に入力されたＲＦ信号を前記第２のバイパス回路
   を介して入力されたＲＦ信号を前記第２の出力整合回路
   にバイパスし、前記第３の制御端子にハイレベルの制御
   電圧を印加して前記第２のＲＦ信号増幅用トランジスタ
   がオン状態となって前記第２の入力整合回路に入力され
   たＲＦ信号を増幅して前記第２の出力整合回路に出力す
   る場合は、前記第４の制御端子にこれに対応した制御電
   圧を印加し、前記第２のバイパス回路をオフ状態とする
   構成のバイパス回路を付加したことを特徴とする利得制
   御増幅回路。
10. 【請求項１０】 請求項８および９記載の利得制御増幅
    回路において、 少なくとも第２のスイッチ用トランジスタと第２のＲＦ
    信号増幅用トランジスタを含むトランジスタが、同一半
    導体基板上に集積化されたことを特徴とする利得制御増
    幅回路。
11. 【請求項１１】 ＲＦ周波信号を受信信号レベルにより
    増幅あるいはバイパスして出力する利得制御増幅回路と
    前記利得制御増幅回路より出力されたＲＦ周波信号を局
    部発振信号により中間周波信号に周波数変換出力するミ
    クサ回路と、前記ミクサ回路より出力された中間周波信
    号を復調する復調回路からなる受信機において、 前記利得制御増幅回路には、少なくとも、請求項８，９
    および１０記載の利得制御増幅回路を用いたことを特徴
    とする受信機。
12. 【請求項１２】 変調回路において変調出力される中間
    周波信号を局部発振信号により、ＲＦ周波信号に周波数
    変換出力するミクサ回路と、前記ミクサ回路より出力さ
    れたＲＦ周波信号を所望の信号レベルに増幅する利得制
    御増幅回路を有する送信機において、 前記利得制御増幅回路には、少なくとも、請求項８、９
    および１０記載の利得制御増幅回路を用いたことを特徴
    とする送信機。