JP2002314360A - 高周波増幅回路 - Google Patents

高周波増幅回路

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JP2002314360A
JP2002314360A JP2001112130A JP2001112130A JP2002314360A JP 2002314360 A JP2002314360 A JP 2002314360A JP 2001112130 A JP2001112130 A JP 2001112130A JP 2001112130 A JP2001112130 A JP 2001112130A JP 2002314360 A JP2002314360 A JP 2002314360A
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frequency signal
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Akihiko Furukawa
彰彦 古川
Yasuyuki Hashizume
靖之 橋詰
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の高周波増幅回路を構成する部品点数を
少なくし小型化を図ることができるデュアルバンドまた
はマルチバンド機能を有する高周波増幅回路を提供する
ことを目的としている。 【解決手段】 本発明の高周波増幅回路は、第1および
第2の所定周波数帯のいずれかに設定される高周波信号
をセレクタ回路10を介して直列に接続されているイン
ダクタの1つに供給することにより第1および第2の所
定周波数帯のいずれにおいても、入力ノードN1のイン
ピーダンスと、当該トランジスタ200および負荷30
0のインピーダンスとが整合するように設計する。これ
により、インダクタの1つを共通化しトランジスタ20
0を1つにすることにより、小型化が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、周波数帯の異なる
複数の高周波信号を増幅するための高周波増幅回路に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、5GHz帯を利用する無線LAN
用端末に、2GHz帯を利用するBluetooth等
を搭載することなど、1つの端末において2周波(デュ
アルバンド)対応とする要求が高まっている。
【0003】従来より、異なる2つの周波数帯の高周波
信号を使用するデュアルバンド対応の端末では、マイク
ロ波等の高周波信号を増幅するための高周波増幅回路の
回路構成は、周波数帯によって電力を最大にするまたは
雑音のレベルを最小にする最適な条件が異なるため、通
常は電力増幅器を2つの周波数帯ごとに2系統用意する
必要があった。
【0004】図5は、従来の高周波増幅回路4000の
回路構成を示す図である。高周波増幅回路4000は、
スイッチ回路1および2と、インダクタLAおよびLB
と、トランジスタ201および202と、負荷301と
を備える。
【0005】スイッチ回路1は、f1(GHz)の高周
波信号を有する入力を受けて、インダクタLAに供給す
る。
【0006】スイッチ回路2は、f2(GHz)の高周
波信号を有する入力を受けて、インダクタLBに供給す
る。
【0007】負荷300は、高周波増幅回路の出力側の
負荷を示している。インダクタLAおよびLBは、負荷
300において所望の電力レベルを出力するために増幅
素子の入力ノードに至る信号経路のインピーダンスと増
幅素子の入力側から見たインピーダンスが整合している
状態すなわちインピーダンス整合状態を維持するように
それぞれのインダクタンス値が設定されている。
【0008】たとえば、f1=5(GHz)の高周波信
号が入力される場合には、インピーダンス整合状態を維
持するために、インダクタLAを2(nH)に設定した
とする。
【0009】そうすると、f2=2(GHz)の高周波
信号が入力される場合には、インピーダンス整合状態を
維持するために、インダクタのインピーダンスωL(ω
=2πf)の値が一定の値となるようインダクタLBを
5(nH)に設定する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の高周波増幅回路4000においては、2つの
異なる周波数帯に対応して増幅器であるトランジスタ2
00を2系統用意する必要があるため、回路を構成する
部品も多くなり、また、回路規模も大きくなってしまう
という問題点があった。
【0011】したがって、デュアルバンド対応の携帯電
話等の小型端末に適用するためには、高周波増幅回路の
部品点数を減らすことが必要となる。
【0012】本発明は、上記従来技術における問題点に
鑑みてなされたものであり、その目的は、高周波増幅回
路を構成する部品点数を少なくして回路規模を小型化す
ると共に低コスト化を図ることができるデュアルバンド
またはマルチバンド(3周波以上)機能を有する高周波
増幅回路を提供することを目的としている。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の高周波増幅回路
は、第1から第N(N:2以上の整数)の所定周波数帯
のいずれかに設定される高周波信号を増幅するための増
幅素子と、高周波信号が供給される入力ノードと、入力
ノードと増幅素子との間に配置される入力整合部とを備
え、入力整合部は、互いに直列に接続された第1番目か
ら第N番目のN個のインダクタと、入力ノードに入力さ
れる高周波信号の周波数帯に応じて、第1番目から第N
番目のN個のインダクタの入力側のいずれか1つを選択
して高周波信号を伝達するためのセレクタ回路とを含
み、第N個のインダクタのうちの最終段の出力は、増幅
素子に出力される。
【0014】好ましくは、入力整合部において、第1番
目のインダクタは、第N個のインダクタのうちの最終段
に相当し、セレクタ回路は、入力された高周波信号が第
M番目(M:1以上N以下の整数)の所定周波数帯であ
る場合には、第M番目のインダクタの入力側に高周波信
号を伝達し、第M番目の所定周波数帯における、第1番
目から第M番目までの直列に接続されたインダクタは、
増幅素子の入力整合部となる。
【0015】本発明の高周波増幅回路は、複数の所定周
波数帯のいずれかに設定される高周波信号を増幅するた
めの増幅素子と、高周波信号が供給される入力ノード
と、入力ノードと増幅素子との間に配置される入力整合
部とを備え、入力整合部は、増幅素子と直列に接続され
る少なくとも1つの第1のインダクタと、入力ノードと
第1のインダクタとの間に接続される少なくとも1つの
第2のインダクタと、高周波信号の周波数帯に応じて、
第1および第2のインダクタの入力側のいずれか1つを
選択して高周波信号を伝達するためのセレクタ回路とを
含み、複数の所定周波数帯のいずれにおいても、セレク
タ回路によって選択されたインダクタの入力側から増幅
素子までのインピーダンスは、増幅素子の入力側から負
荷側を見たインピーダンスに整合する。
【0016】特に、増幅素子は、半導体基板上に形成さ
れたトランジスタを有し、インダクタは、スパイラルイ
ンダクタを含む。
【0017】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または
相当部分には同一符号を付しその説明は繰返さない。 (実施の形態1)図1は、本発明の実施の形態1の高周
波増幅回路1000を示す図である。
【0018】高周波増幅回路1000は、入力整合部1
00と、トランジスタ200と、負荷300とを備え
る。
【0019】入力整合部100は、f1(GHz)およ
びf2(GHz)(f2<f1)の高周波信号のいずれ
においても、入力ノードN1のインピーダンスをトラン
ジスタ200および負荷300のインピーダンスと整合
させるものであり、トランジスタ200に信号を供給す
る。
【0020】入力整合部100は、セレクタ回路10
と、インダクタL1およびL2とを含む。
【0021】セレクタ回路10は、スイッチ回路S1お
よびS2を有する。インダクタL1およびL2は、直列
に接続されており、セレクタ回路10により選択された
高周波信号を受けてトランジスタ200に信号を出力す
る。
【0022】セレクタ回路10は、f1(GHz)およ
びf2(GHz)の高周波信号に応じて、1つのスイッ
チを選択的にオンする。これに応じて、インダクタL1
またはL2の入力側に高周波信号が伝達される。
【0023】たとえば、f1(GHz)の高周波信号が
入力されれば、スイッチ回路S1をオンにする。一方、
f2(GHz)の信号が入力されれば、スイッチ回路S
2をオンにする。したがって、f1(GHz)の高周波
信号は、スイッチ回路S1、インダクタL1およびトラ
ンジスタ200を通過して負荷300に伝達される。ま
た、f2(GHz)の高周波信号は、スイッチ回路S
2、インダクタL1、L2およびトランジスタ200を
通過して負荷300に伝達される。
【0024】トランジスタ200と、負荷300とにつ
いては、「従来の技術」の項で説明したとおりであるの
で、その詳細な説明は繰り返さない。
【0025】たとえば、f1=5(GHz)の高周波信
号またはf2=2(GHz)の高周波信号が入力される
場合を考える。
【0026】ここで、インピーダンス整合状態とするた
めには、f1(GHz)の高周波信号に対応して、イン
ダクタの値を、2(nH)と設定し、また、f2(GH
z)の高周波信号に対応してインダクタの値を、5(n
H)に設定することが必要であるとする。
【0027】そこで、本実施の形態1の入力整合部10
0内のインダクタについて、インダクタL1=2(n
H)、L2=3(nH)と設定する。
【0028】f1(GHz)の高周波信号は、インダク
タL1を通過し、f2(GHz)の高周波信号は、イン
ダクタL1およびL2を通過するため、f1(GHz)
の高周波信号およびf2(GHz)の高周波信号のいず
れかの信号が入力された場合であってもインピーダンス
整合状態とすることができる。
【0029】したがって、本発明によりf1(GHz)
の高周波信号およびf2(GHz)の高周波信号が通過
する経路のインダクタL1を共通化することにより増幅
器であるトランジスタ200を1つにすることができ
る。また、配置されるインダクタのインダクタンス値の
総和についても、高周波信号の周波数帯にそれぞれ対応
させて独立にインダクタを設ける場合よりも抑制するこ
とができる。また、部品点数削減および低コスト化を図
ることができる。
【0030】図2は、シリコン基板上に作成されたスパ
イラルインダクタを示す図である。一般的なシリコン集
積化技術において、シリコン基板を用いた1チップ化素
子では、基板側から4層の金属配線が使われており、図
2におけるスパイラルインダクタは、4層目の金属配線
K1により平面状にスパイラル型に巻かれ、中心部分に
おいてコンタクトホールH1により3層目の金属配線K
2と接続された構成となっている。
【0031】図2におけるスパイラルインダクタは、シ
リコン基板上の4層目に形成されたスパイラルインダク
タを上から見た図である。
【0032】本発明の例として挙げたインダクタのサイ
ズについては、5nH程度のものを作製するためには、
外径Dが、250μm程度必要である。
【0033】一方、2〜3nHのインダクタについて
は、外径Dが、150μm程度の小径のもので十分であ
る。
【0034】ここで、この配線とシリコン基板との距離
は、せいぜい2μm程度であり、基板が導電性であるた
め、スパイラルインダクタによる磁界が、シリコン基板
に影響を及ぼす。すなわち、スパイラルインダクタの径
に対応し、シリコン基板内に渦電流(Eddy cur
rent)と呼ばれる電流が発生し、これが損失とな
る。
【0035】外径Dの大きなインダクタ(外径D:25
0μm)を作製すると、それだけ、基板深くまで磁界が
影響を及ぼし、深さ方向のボリュームが増えることで損
失成分が大きくなる。また、インダクタの径と、基板に
よる損失とは、非線型の関係になっており、小径のイン
ダクタを用いることが望ましい。
【0036】したがって、本発明の実施の形態1のよう
に小径インダクタの直列接続とすることにより基板への
信号損失を減少させることができ、消費電力を低減する
ことができる。また、シリコン基板を占める面積の割合
を従来より減少させることができる。 (実施の形態2)本発明の実施の形態2は、マルチバン
ド対応の高周波増幅回路を提供することを目的とする。
【0037】図3は、本発明の実施の形態2の高周波増
幅回路2000を示す図である。高周波増幅回路200
0は、実施の形態1の高周波増幅回路1000の入力整
合部100において、インダクタをさらに直列に接続す
ることによりマルチバンド対応の高周波増幅回路を提供
することができる。
【0038】インダクタL1からLn(n:3以上の整
数)は、周波数帯の一番低い高周波(f1>f2>f
n:nは、3以上の整数)から直列に接続されたインダ
クタを通過する個数を増やしていくように接続してい
る。
【0039】また、f1(GHz)からfn(GHz)
の高周波信号のいずれにおいても、入力ノードN1のイ
ンピーダンスは実施の形態1と同様にトランジスタ20
0および負荷300のインピーダンスと整合している。
【0040】セレクタ回路10は、スイッチ回路S1〜
Snを有し、インダクタL1からLnに対応して接続さ
れている。
【0041】したがって、マルチバンド対応においても
本発明の実施の形態2の発明により、インダクタL1を
共通化することにより増幅器であるトランジスタ200
を1つにすることができ、部品点数を削減またそれに伴
う低コスト化を図ることができる。
【0042】また、実施の形態1で述べたようにスパイ
ラルインダクタを用いる際、小径インダクタの直列接続
とすることにより基板への信号損失を減少させることが
できる。また、小型化によりインダクタがシリコン基板
に占める面積の割合を従来より減少させることができ
る。 (実施の形態2の変形例)また、図4は、実施の形態2
の変形例の高周波増幅回路3000である。
【0043】図4に示すように、高周波増幅回路300
0において、いずれの周波数帯の場合にも、高周波信号
は、最終段に位置するインダクタL1を通過して、トラ
ンジスタ200に伝送される。
【0044】この様に、インダクタL1の前段について
は、実施の形態2の高周波増幅回路2000に示すよう
な全てのインダクタを直列に接続する構成に限定される
ことなく、最終段のインダクタL1を多周波帯で共有す
ることができる。
【0045】これにより、トランジスタの削減による部
品点数削減および低コスト化を図ることができる。
【0046】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した実施の形態の説明ではな
くて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と
均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれるこ
とが意図される。
【0047】
【発明の効果】本発明によれば、インダクタを直列に接
続することによりインダクタの1つを共通化することが
でき、部品点数削減およびコスト低下が可能となる。
【0048】また、インダクタをシリコン基板上に設け
られたスパイラルインダクタとした場合に、スパイラル
インダクタの外径を小さくすることが可能となり、信号
損失の割合また基板を占める割合を減少させることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1の高周波増幅回路10
00を示す図である。
【図2】 シリコン基板上に作成されたスパイラルイン
ダクタを示す図である。
【図3】 本発明の実施の形態2の高周波増幅回路20
00を示す図である。
【図4】 実施の形態2の変形例の高周波増幅回路30
00を示す図である。
【図5】 従来の高周波増幅回路4000を示す図であ
る。
【符号の説明】
1,2 スイッチ回路、10 セレクタ回路、100
入力整合部、200,201 トランジスタ、300,
301 負荷、1000,2000,3000,400
0 高周波増幅回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5J092 AA01 AA41 CA00 CA75 CA92 FA18 HA01 HA33 HA38 KA00 KA29 QA04 SA14 TA01 VL08

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1から第N(N:2以上の整数)の所
    定周波数帯のいずれかに設定される高周波信号を増幅す
    るための増幅素子と、 前記高周波信号が供給される入力ノードと、 前記入力ノードと前記増幅素子との間に配置される入力
    整合部とを備え、 前記入力整合部は、 互いに直列に接続された第1番目から第N番目のN個の
    インダクタと、 前記入力ノードに入力される前記高周波信号の周波数帯
    に応じて、前記第1番目から第N番目のN個のインダク
    タの入力側のいずれか1つを選択して前記高周波信号を
    伝達するためのセレクタ回路とを含み、 前記第N個のインダクタのうちの最終段の出力は、前記
    増幅素子に出力される、高周波増幅回路。
  2. 【請求項2】 前記入力整合部において、 前記第1番目のインダクタは、前記第N個のインダクタ
    のうちの前記最終段に相当し、 前記セレクタ回路は、前記入力された高周波信号が第M
    番目(M:1以上N以下の整数)の所定周波数帯である
    場合には、第M番目のインダクタの入力側に前記高周波
    信号を伝達し、 前記第M番目の所定周波数帯における、第1番目から第
    M番目までの直列に接続された前記インダクタは、前記
    増幅素子の前記入力整合部となる、請求項1記載の高周
    波増幅回路。
  3. 【請求項3】 複数の所定周波数帯のいずれかに設定さ
    れる高周波信号を増幅するための増幅素子と、 前記高周波信号が供給される入力ノードと、 前記入力ノードと前記増幅素子との間に配置される入力
    整合部とを備え、 前記入力整合部は、 前記増幅素子と直列に接続される少なくとも1つの第1
    のインダクタと、 前記入力ノードと前記第1のインダクタとの間に接続さ
    れる少なくとも1つの第2のインダクタと、 前記高周波信号の周波数帯に応じて、前記第1および第
    2のインダクタの入力側のいずれか1つを選択して前記
    高周波信号を伝達するためのセレクタ回路とを含み、 前記複数の所定周波数帯のいずれにおいても、前記セレ
    クタ回路によって選択されたインダクタの入力側から前
    記増幅素子までのインピーダンスは、前記増幅素子の入
    力側から負荷側を見たインピーダンスに整合する、高周
    波増幅回路。
  4. 【請求項4】 前記増幅素子は、半導体基板上に形成さ
    れたトランジスタを有し、 前記インダクタは、スパイラルインダクタを含む、請求
    項2または3に記載の高周波増幅回路。
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