JP2006005811A - 高周波集積回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 送信用高周波増幅器と高周波スイッチ回路を集積化した高周波集積回路において回路簡素化、半導体チップ面積の低減及びアイソレーション特性を向上させた高周波集積回路を提供することを目的とする。
【解決手段】 送信用高周波増幅器１から高周波スイッチ回路２へ、増幅された高周波信号と同一伝搬線路を介してプルアップ電位を給電して、高周波スイッチ回路２のＦＥＴスイッチ回路をプルアップする。
【選択図】 図１

Description

本発明は移動体通信機器等の無線装置に関し、特に高周波集積回路に関するものである。

近年、電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴと称する）で構成された小型、低消費電力で高周波特性に優れた高周波スイッチ回路が実用化されている。
また、高周波増幅器についてもＦＥＴやヘテロ接合バイポーラトランジスタ（以下、ＨＢＴと称する）で構成された高効率、低電圧動作特性に優れた高周波増幅器が実用化されている。

このような半導体技術分野の急速な発展を背景に携帯用無線機のより一層の小型軽量化に対する要求が高まり、高周波増幅器及び高周波スイッチ回路等を含む主要な送信回路全体を集積回路化しようとする試みが行われており、（特許文献１）（特許文献２）に送受信回路を集積回路化した一例が開示されている。
特開平０８−３０７３０５号公報 特開平１０−２０９１７７号公報

しかしながら、一般的に高周波回路部品の相互の接続には個々の回路部品の高周波信号入力端子及び出力端子の直流信号成分を遮断して高周波信号成分のみを伝達させる手段をとっている。

したがって、高周波増幅器と高周波スイッチ回路を集積回路化する場合でも従来のプリント基板上で個々の回路部品を接続するのと同様に整合回路及び直流信号成分を遮断するコンデンサ等を介して接続している。

よって、個々の部品間の直流信号成分が分断されたことによる電源系の重複が生じ集積回路化した利点が十分に発揮されていないという問題点がある。
図７は従来例を示し、送信用高周波増幅器１と高周波スイッチ回路２が出力整合回路１２と直流信号成分遮断コンデンサ２０を介して接続されている。

１は送信用高周波増幅器、２は高周波スイッチ回路、３は送信信号入力端子、４は受信信号出力端子、５は電源供給端子、６は利得制御端子、７はアンテナ側入出力端子、８ａ及び８ｂは送受信切替制御端子、９は増幅回路、１０は利得制御回路、１１は高周波信号成分遮断素子、１２は出力整合回路、１３は送信側スルーＦＥＴスイッチ回路、１４は送信側シャントＦＥＴスイッチ回路、１５は受信側スルーＦＥＴスイッチ回路、１６は受信側シャントＦＥＴスイッチ回路、１７はＦＥＴプルアップ用電源供給端子、１８はＦＥＴプルアップ用抵抗、１９は制御端子保護抵抗、２０は直流信号成分遮断コンデンサである。

高周波スイッチ回路２は携帯電話等で一般的に用いられるＳＰＤＴ型高周波スイッチ回路を例に示してある。ＳＰＤＴ型高周波スイッチ回路の機能については上記に掲げた各特許文献に詳細に説明してあるので本明細書では省略する。

まず送信時における機能動作について説明する。
高周波送信信号は送信用高周波増幅器１の送信信号入力端子３に入力され送信用高周波増幅器１を構成する増幅回路９のゲート端子に入力される。電源供給端子５から高周波信号遮断素子１１を介して増幅回路９のドレイン端子に電圧が印加されると共に利得制御回路１０によって増幅回路９は所定の利得が得られるようにゲート電圧が供給される。

増幅回路９によって増幅された高周波送信信号は出力整合回路１２及び直流信号成分遮断コンデンサ２０を介して出力される。この時、送信用高周波増幅器１と高周波スイッチ回路２の接続点では直流信号成分は遮断（０ボルト）され高周波信号成分のみ伝達される。

なお、直流信号成分遮断コンデンサ２０は送信用高周波増幅器１を構成する出力整合回路１２の一部として構成される場合もある。
また、直流信号成分遮断コンデンサ２０は送信用高周波増幅器１側にある場合と高周波スイッチ回路２側にある場合と、送信用高周波増幅器１と高周波スイッチ回路２の両方にある場合もある。

送信用高周波増幅器１によって増幅された高周波送信信号は高周波スイッチ回路２の送信側ＦＥＴスイッチ回路に入力される。各ＦＥＴのドレイン端子及びソース端子はＦＥＴプルアップ抵抗１８を介してＦＥＴプルアップ電源供給端子１７よりプルアップされている。

一般的に送信用高周波増幅器１の電源供給端子５は電池に直結された電源系に接続されるが、それに対して高周波スイッチ回路２のＦＥＴプルアップ電源供給端子１７は電池からレギュレータ回路を介して接続される。したがって、ＦＥＴプルアップ電源供給端子１７に供給される電圧は送信用高周波増幅器１の電源供給端子５に供給される電圧より低い。

送信時には送受信切替制御端子８ａはＨｉｇｈ、制御端子８ｂはＬｏｗが入力されＦＥＴスイッチ１３と１５はＯＮ状態に、ＦＥＴスイッチ１４と１６はＯＦＦ状態となり送信信号入力端子３に入力された高周波送信信号はＦＥＴスイッチ１３を介してアンテナ側入出力端子７から出力される。

次に受信時における機能動作について説明する。
利得制御回路９は送信用高周波増幅器１が増幅作用をしないようなバイアス電位を増幅回路９に供給する。高周波スイッチ回路２の各ＦＥＴのドレイン端子及びソース端子はＦＥＴプルアップ抵抗１８を介してＦＥＴプルアップ電源供給端子１７よりプルアップされている。受信時には送受信切替制御端子８ａはＬｏｗ、送受信切替制御端子８ｂはＨｉｇｈがそれぞれ入力されＦＥＴスイッチ１３と１５はＯＦＦ状態に、ＦＥＴスイッチ１４と１６はＯＮ状態となりアンテナ側入出力端子７に入力された高周波受信信号はＦＥＴスイッチ回路１５を介して受信信号出力端子４から出力される。

送信時、受信時に関わらず送信用高周波増幅器１と高周波スイッチ回路２との間は直流信号成分遮断コンデンサ２０によって直流信号成分は完全に遮断されている。したがって、次のような問題点があった。

１） 送信用高周波増幅器１に電源を供給する電源系と高周波スイッチ回路２のＦＥＴプルアップ電源供給端子１７に電源を供給する電源系は回路レイアウト上、隣接しているにも関らず、それぞれ独立して必要になり配線引き回しが煩雑となる。

２） 送信用高周波増幅器１または高周波スイッチ回路２に直流信号成分遮断用コンデンサ２０が必要になりチップ面積を著しく増大させ小型化に不利である。
３） ＭＭＩＣ（ Microwave Monolithic IC ）の場合、直流成分遮断用コンデンサ２０を半導体基板上に大面積を占有して形成するためコンデンサ形成用層間絶縁膜にピンホールの発生確率が高くなり電気的不良を引き起こすなど製造上の問題から信頼性が低下する。

４） プルアップ電位が低いため十分なアイソレーション特性が得られない。
この従来例では携帯電話等で一般的に用いられているＳＰＤＴ型高周波スイッチ回路を例に具体的に示したが、他の高周波スイッチ回路で高周波集積回路を構成しても上記問題点は一般性を失わない。

（特許文献２）に送信用高周波増幅器や高周波スイッチ回路等を集積回路化した携帯電話用フロントエンド回路の例が開示されている。同公報においてフロントエンド回路の送信回路部分では送信用高周波増幅器の電源を高周波スイッチ回路側から供給し回路簡素化する方法が示されている（同公報の図１）。

しかしながら、送信用高周波増幅器の電源は高周波スイッチ回路を構成するスルーＦＥＴ（同公報 図５のＱ１Ｔ）を通して供給されるため、前記スルーＦＥＴのオン抵抗（Ｒｏｎ）に相当する分の電圧降下を生じ、送信用高周波増幅器の電源電圧が低下し、効率の低下を招くという新たな問題点がある。

本発明は送信用高周波増幅器と高周波スイッチ回路を集積回路化する場合に回路簡素化と小型化に有利な高周波集積回路を提供することにある。

本発明の高周波集積回路は、高周波増幅器と高周波スイッチ回路間の直流信号成分遮断コンデンサを不要として前記高周波スイッチ回路を構成するＦＥＴをプルアップする電位を前記高周波増幅器の電源端子から高周波信号遮断素子を介して供給することにより回路簡素化と小型化に有利な高周波集積回路を実現するものである。

特に前記高周波増幅器に出力整合回路がある場合、前記出力整合回路が直流信号成分を通過させることが可能な回路構成であること、前記高周波増幅器と前記高周波スイッチ回路間の直流信号成分遮断用コンデンサを不要とし高周波スイッチ回路の全ＦＥＴのプルアップ電源を前記高周波増幅器から供給することを最も主要な特徴とする。

この構成によると、以下の効果を有する。
第１の効果として、高周波増幅器と高周波スイッチ回路を直結して前記高周波スイッチ回路のＦＥＴプルアップ電源を送信用高周波増幅器の電源から直接供給することにより回路簡素化と小型化に有利な高周波集積回路を実現できるという利点がある。

第２の効果として、高周波増幅器または高周波スイッチ回路の直流信号成分遮断コンデンサが不要となるため、チップ面積を大幅に低減させることができるという利点がある。
また、ＭＭＩＣの場合、直流信号成分遮断コンデンサを半導体基板上に大面積を占有して形成するためコンデンサ形成用層間絶縁膜にピンホールの発生確率が高くなり電気的不良を引き起こすなど製造上の問題から信頼性を低下させるが、直流信号成分遮断コンデンサ自体が不要となるため製造上の信頼性が向上する。

第３の効果として、高周波スイッチ回路のプルアップ電位を電池電圧に近い高い電位に印加できるためＦＥＴスイッチ回路のアイソレーション特性を向上させることができる。

以下、本発明の高周波集積回路を各実施の形態に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
図１，図２，図５は本発明における第１の実施形態を示す。

図１に示す高周波集積回路は、送信用高周波増幅器１、高周波スイッチ回路２、送信信号入力端子３、受信信号出力端子４、電源供給端子５、利得制御端子６、アンテナ側入出力端子７、送受信切替制御端子８ａ，８ｂを備える。

送信用高周波増幅器１は、増幅回路９、利得制御回路１０、高周波信号遮断素子１１及び出力整合回路１２を備える。増幅回路９は少なくとも１段以上の増幅素子から構成される多段増幅回路である。

高周波スイッチ回路２は、送信側ＦＥＴスイッチ回路２１、受信側ＦＥＴスイッチ回路２２を備える。
まず、送信時の当該高周波集積回路の機能動作について説明する。

送信時には、高周波送信信号が送信信号入力端子３に入力され、利得制御端子６に入力された制御信号に応じて利得制御回路１０は増幅回路９にバイアスを供給し、増幅回路９は電源供給端子５から高周波信号遮断素子１１を介して直流電源が供給されると共に増幅した高周波送信信号を、出力整合回路１２を介して高周波スイッチ回路２の送信側ＦＥＴスイッチ回路２１へ出力する。

出力整合回路１２は、直流信号成分を通過させる特性を有し、いわゆる低域周波数通過型フィルタ（以下、ＬＰＦと称する）の回路形式で整合回路を構成したものである。
なお、送信用高周波増幅器１から高周波スイッチ回路２へ特性を劣化させずに増幅した高周波信号を伝送することができるのであれば、出力整合回路１２を省略しても良い。

送信用高周波増幅器１が備える電源供給端子５から供給される直流電源の一部は、出力整合回路１２を介して、送信用高周波増幅器１が増幅した高周波送信信号を高周波スイッチ回路２に伝送する線路を介して、高周波スイッチ回路２を構成するＦＥＴスイッチ回路２１，２２のプルアップ電位として供給されている。

送信側ＦＥＴスイッチ回路２１と受信側ＦＥＴスイッチ回路２２は、送受信切替制御端子８ａ，８ｂによってＯＮ／ＯＦＦ状態が切替えられる。
なお、ここで言う「ＯＮ状態」とは信号が導通状態を指し、「ＯＦＦ状態」とは信号が非導通状態を指す。送信時は送信側ＦＥＴスイッチ回路２１がＯＮ状態となり受信側ＦＥＴスイッチ回路２２がＯＦＦ状態となるように送受信切替制御端子８ａ，８ｂに制御信号が与えられる。

高周波スイッチ回路２の送信側ＦＥＴスイッチ回路２１及び受信側ＦＥＴスイッチ回路２２に供給されるプルアップ電位と送受信切替制御端子８ａ及び８ｂに与えられる制御信号電位により送受信切替動作に十分な電位差が得られ、送信時は送信用高周波増幅器１から出力された高周波送信信号は、高周波スイッチ回路２の送信側ＦＥＴスイッチ回路２１を介してアンテナ側入出力端子７へ出力され、受信側ＦＥＴスイッチ回路２２はＯＦＦ状態のため高周波送信信号は受信信号出力端子４へは漏洩しない。

次に受信時には、送信用高周波増幅器１に高周波送信信号は入力されず、また利得制御回路１０により増幅回路９が増幅作用を抑制するようなバイアスが供給される。電源供給端子５から高周波信号遮断素子１１及び出力整合回路１２を介して直流電源は高周波スイッチ回路２へ供給され、受信時においても高周波スイッチ回路２の送信側ＦＥＴスイッチ回路２１と受信側ＦＥＴスイッチ回路２２には必要なプルアップ電位が供給される。

受信時は送信側ＦＥＴスイッチ回路２１がＯＦＦ状態となり受信側ＦＥＴスイッチ回路２２がＯＮ状態となるように送受信切替制御端子８ａ及び８ｂに制御信号が与えられる。
よって、アンテナ側入出力端子７から入力される高周波受信信号は受信側ＦＥＴスイッチ回路２２を介して受信波出力端子４へ出力される。

以上の構成により、送信用高周波増幅器１が備える電源供給端子５から供給される直流電源の一部は送信用高周波増幅器１によって増幅された高周波送信信号を高周波スイッチ回路２に伝送する線路を介して高周波スイッチ回路２を構成するＦＥＴスイッチ回路に必要なプルアップ電位を供給することが可能になり、高周波スイッチ回路２内でのプルアップ電位を供給する電源供給端子を不要とすることができる。

図２は図１に示した具体回路である。
図２に示す高周波集積回路は、図１に示す高周波信号遮断素子１１をチョークコイル１１ａとし、送信側ＦＥＴスイッチ回路２１を図５（ａ）に示す具体的なＦＥＴスイッチ回路に、受信側ＦＥＴスイッチ回路２２を図５（ｂ）に示す多段構成のＦＥＴスイッチ回路の具体的な２段構成のＦＥＴスイッチ回路とし、出力整合回路１２は図２に示すコンデンサ及びインダクタから構成されるＬＰＦ回路形式のものである。

なお、高周波信号遮断素子１１はチョークコイル１１ａに限定されるものではなく高周波信号成分を遮断して直流電源を通す素子、回路であれば他の素子、回路でも良い。
また、送信側ＦＥＴスイッチ回路２１，受信側ＦＥＴスイッチ回路２２は、図５（ａ）（ｂ）に示すＦＥＴスイッチ回路に限定されるものではなく、図５（ａ）〜（ｄ）に示すＦＥＴスイッチ回路の任意な組み合わせで構成しても良い。出力整合回路１２は直流信号成分を通過させることが可能な回路形式で整合回路を構成するものであれば良い。

直流信号成分遮断素子２５は送信側ＦＥＴスイッチ回路２１を介して供給された直流電源が高周波スイッチ回路２のアンテナ側入出力端子７及び高周波受信出力端子４から外部に直流信号成分が漏れないためのものでコンデンサに限定されるものではなく、直流信号成分を遮断し高周波信号成分を通過させる素子または回路であれば他の素子、回路でも良い。さらに直流信号成分遮断素子２５は、その全部または一部を高周波スイッチ回路２と同一の半導体基板上に集積化しても良い。

図２の送信時の機能、動作について説明する。
送信時には高周波送信信号が送信信号入力端子３に入力され、利得制御端子６に入力された制御信号に応じて利得制御回路１０は増幅回路９にバイアスを供給し、増幅回路９は電源供給端子５からチョークコイル１１ａを介して直流電源が供給されると共に増幅した高周波送信信号を出力整合回路１２を介して高周波スイッチ回路２の送信側ＦＥＴスイッチ回路２１へ出力する。

なお、出力整合回路１２は第１の具体例を構成するのに必ずしも必要ではなく、送信用高周波増幅器１から高周波スイッチ回路２へ高周波特性を劣化させずに増幅した高周波信号を伝送することができるのであれば出力整合回路１２を省略しても良い。

送信用高周波増幅器１が備える電源供給端子５から供給される直流電源の一部は、出力整合回路１２を介して送信用高周波増幅器１が増幅した高周波送信信号を高周波スイッチ回路２に伝送する線路を介して、高周波スイッチ回路２へプルアップ電位を供給する。

送信側ＦＥＴスイッチ回路２１を構成するＦＥＴのドレインとソース間に接続されたプルアップ抵抗１８は、高周波信号を減衰させるのに十分な高い抵抗値を有し、送信側ＦＥＴスイッチ回路２１と受信側ＦＥＴスイッチ回路２２の接続点をプルアップする。

さらに受信側ＦＥＴスイッチ回路２２を構成するＦＥＴのドレインとソース間に接続されたプルアップ抵抗１８も高周波信号を減衰させるのに十分な高い抵抗値を有し、受信側ＦＥＴスイッチ回路２２と受信波出力端子の接続点もプルアップされる。

送信側ＦＥＴスイッチ回路２１及び受信側ＦＥＴスイッチ回路２２を構成する各ＦＥＴのゲート端子に印加される送受信切替制御信号の電圧は、プルアップ電位と同電位または低いため、送信側ＦＥＴスイッチ回路２１，受信側ＦＥＴスイッチ回路２２を構成する各ＦＥＴには常に逆バイアスが印加され微少のリーク電流のみ流れる。また、アンテナ側入出力端子７及び高周波受信出力端子４にはコンデンサの直流信号成分遮断素子２５が接続されているため直流電流は流れない。

よって、結果的に送信側ＦＥＴスイッチ回路２１と受信側ＦＥＴスイッチ回路２２に必要なプルアップ電位を供給することができる。したがって、送信時は送受信切替制御端子８ａにはＨｉｇｈ信号が制御端子８ｂにはＬｏｗ信号が制御信号として与えられ、上述のプルアップ電位との関係から送信側ＦＥＴスイッチ回路２１がＯＮ状態となり受信側ＦＥＴスイッチ回路２２ａがＯＦＦ状態となり、送信用高周波増幅器１によって増幅された高周波送信信号は高周波スイッチ回路２を介してアンテナ側入出力端子７に出力されアンテナを介して放射される。

また、送信用高周波増幅器１を構成する増幅回路９へは電源供給端子５のみ介して直接に直流電源が供給され、高周波スイッチ回路２を構成する回路を全く経由しないので電圧降下による効率低下などの問題は生じない。

さらに高周波スイッチ回路２に供給されるプルアップ電位は電池電圧に近い高い電位が印加されるため高周波スイッチ回路２のアイソレーション特性を向上させる。
次に、受信時の高周波集積回路の機能動作について説明する。

受信時には、送信用高周波増幅器１に高周波送信信号は入力されず、また利得制御回路１０により増幅回路９が増幅作用を抑制するようにバイアスが供給されるが、電源供給端子５からチョークコイル１１ａを介して直流電源は高周波スイッチ回路２にプルアップ電位を供給する。

送信時と同様に送信側ＦＥＴスイッチ回路２１を構成するプルアップ抵抗１８を介して送信側ＦＥＴスイッチ回路２１と受信側ＦＥＴスイッチ回路２２の接続点をプルアップする。さらに受信側ＦＥＴスイッチ回路２２を構成するプルアップ抵抗１８を介して、受信側ＦＥＴスイッチ回路２２と受信信号出力端子４の接続点をプルアップする。

よって、結果的に送信側ＦＥＴスイッチ回路２１と受信側ＦＥＴスイッチ回路２２に必要なプルアップ電位を供給することができる。したがって、受信時は送受信切替制御端子８ａにはＬｏｗ信号が、制御端子８ｂにはＨｉｇｈ信号が制御信号として与えられ、上述のプルアップ電位との関係から送信側ＦＥＴスイッチ回路２１がＯＦＦ状態となり受信側ＦＥＴスイッチ回路２２がＯＮ状態となりアンテナで受信した高周波受信信号は高周波スイッチ回路２を介して受信信号出力端子４に出力される。

このように、受信時に送信用高周波増幅器１が動作していなくても高周波スイッチ回路２の各ＦＥＴスイッチ回路へプルアップ電位を供給することができる。送信時と同様に高周波スイッチ回路２に供給されるプルアップ電位は電池電圧に近い高い電位が印加されるため高周波スイッチ回路２のアイソレーション特性を向上させる。

（第２の実施形態）
図３と図４は本発明の第２の実施形態を示す。
図３に示す第２の実施形態に係わる高周波集積回路は、第１の実施形態に係わる高周波スイッチ回路２において送信側ＦＥＴスイッチ回路２１が送信側スルーＦＥＴ回路２１ａと送信側シャントＦＥＴ回路２１ｂから構成され、受信側ＦＥＴスイッチ回路２２が受信側スルーＦＥＴスイッチ回路２２ａと受信側シャントＦＥＴスイッチ回路２２ｂから構成されている、いわゆるＳＰＤＴ型高周波スイッチ回路である。

まず、送信時の機能動作について説明する。
送信時には高周波送信信号が送信波入力端子３に入力され、利得制御端子６に入力された制御信号に応じて利得制御回路１０は増幅回路９にバイアスを供給し、増幅回路９は電源供給端子５から高周波信号遮断素子１１を介して直流電源が供給されると共に、増幅した高周波送信信号を出力整合回路１２を介して高周波スイッチ回路２の送信側ＦＥＴスイッチ回路１２へ出力する。

出力整合回路１２は直流信号成分を通過させる特徴を有しＬＰＦ回路形式で整合回路を構成したものである。
なお、出力整合回路１２は第２の実施形態を構成するのに必ずしも必要ではなく、送信用高周波増幅器１から高周波スイッチ回路２へ特性を劣化させずに増幅した高周波信号を伝送することができるのであれば出力整合回路１２を省略しても良い。

送信用高周波増幅器１が備える電源供給端子５から供給される直流電源の一部は、送信用高周波増幅器１が増幅した高周波送信信号を高周波スイッチ回路２に伝送する線路を介して高周波スイッチ回路２を構成するＦＥＴスイッチ回路のプルアップ電位として供給される。

送信側ＦＥＴスイッチ回路２１を構成するスルーＦＥＴスイッチ回路２１ａ、シャントＦＥＴスイッチ回路２１ｂ及び受信側ＦＥＴスイッチ回路２２を構成するスルーＦＥＴスイッチ回路２２ａ、シャントＦＥＴスイッチ回路２２ｂは、送受信切替制御端子８ａ，８ｂによってＯＮ／ＯＦＦ状態が切替えられる。

送信時は、送信側スルーＦＥＴスイッチ回路２１ａと受信側シャントＦＥＴスイッチ回路２２ｂがＯＮ状態となり、一方、送信側シャントＦＥＴスイッチ回路２１ｂと受信側スルーＦＥＴスイッチ回路２２ａがＯＦＦ状態となるように送受信切替制御端子８ａ及び８ｂに制御信号が与えられる。

高周波スイッチ回路２の送信側スルーＦＥＴスイッチ回路２１ａとシャントＦＥＴスイッチ回路２１ｂ及び受信側スルーＦＥＴスイッチ回路２２ａとシャントＦＥＴスイッチ回路２２ｂに供給されるプルアップ電位と送受信切替制御端子８ａ，８ｂに与えられる制御信号電位により、送受信切替動作に十分な電位差が得られる。よって、送信時は送信用高周波増幅器１から出力された高周波送信信号は高周波スイッチ回路２の送信側スルーＦＥＴスイッチ回路２１ａを介してアンテナ側入出力端子７へ出力され、受信側スルーＦＥＴスイッチ回路２２ａはＯＦＦ状態及び受信側シャントＦＥＴスイッチ回路２２ｂはＯＮ状態のため高周波送信信号は受信信号出力端子４へは漏洩しない。

次に受信時の当該高周波集積回路の機能動作について説明する。
受信時は送信用高周波増幅器１に高周波送信信号は入力されず、また利得制御回路１０により増幅回路９が増幅作用を抑制するようなバイアスを供給されるが、電源供給端子５から高周波信号遮断素子１１及び出力整合回路１２を介して直流電源は高周波スイッチ回路２へ供給され、受信時においても高周波スイッチ回路２の送信側ＦＥＴスイッチ回路２１と受信側ＦＥＴスイッチ回路２２には必要なプルアップ電位が供給される。

受信時は送信側スルーＦＥＴスイッチ回路２１ａと受信側シャントＦＥＴスイッチ回路２２ｂがＯＦＦ状態となり受信側スルーＦＥＴスイッチ回路２２ａと送信側シャントＦＥＴスイッチ回路２１ｂがＯＮ状態となるように送受信切替制御端子８ａ，８ｂに制御信号が与えられる。よってアンテナ入出力端子から入力される高周波受信信号は受信側ＦＥＴスルーＦＥＴスイッチ回路２２ａを介して受信信号出力端子４へ出力される。

以上の構成により、送信用高周波増幅器１が備える電源供給端子５から供給される直流電源の一部は、送信用高周波増幅器１によって増幅された高周波送信信号を高周波スイッチ回路２に伝送する線路を介して、高周波スイッチ回路２を構成するＦＥＴスイッチ回路に必要なプルアップ電位を与えることが可能になり、高周波スイッチ回路２内でのプルアップ電位を供給する電源供給端子を不要とすることができる。

以下、第２の実施形態に係る高周波集積回路の具体的な構成について図４及び図５（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
図４は本発明における当該高周波集積回路の具体的な回路図である。

図４に示す高周波集積回路は図３に示す高周波信号遮断素子１１をチョークコイル１１ａとし、送信側ＦＥＴスイッチ回路２１を構成するスルーＦＥＴスイッチ回路２１ａ、シャントＦＥＴスイッチ回路２１ｂ及び受信側ＦＥＴスイッチ回路２２を構成するスルーＦＥＴスイッチ回路２２ａ、シャントＦＥＴスイッチ回路２２ｂを図５（ａ）に示す具体的なＦＥＴスイッチ回路とし、出力整合回路１２は図４に示すコンデンサ及びインダクタから構成されるＬＰＦ回路形式のものとした実施例である。

なお、高周波信号遮断素子１１はチョークコイル１１ａに限定されるものではなく高周波信号を遮断して直流電源を通す素子、回路であれば他の素子、回路でも良い。
また、送信側ＦＥＴスイッチ回路２１を構成するスルーＦＥＴスイッチ回路２１ａ、シャントＦＥＴスイッチ回路２１ｂ及び受信側ＦＥＴスイッチ回路２２を構成するスルーＦＥＴスイッチ回路２２ａ、シャントＦＥＴスイッチ回路２２ｂは図５（ａ）に示すＦＥＴスイッチ回路に限定されるものではなく図５（ａ）〜（ｄ）に示すＦＥＴスイッチ回路の任意な組み合わせで構成しても良い。出力整合回路１２は直流信号成分を通過させることが可能な回路形式で整合回路を構成するものであれば良い。

直流信号成分遮断素子２５のコンデンサは送信用高周波増幅器１を介して供給された直流電源が高周波スイッチ回路２のアンテナ側入出力端子７、高周波受信出力端子４及びＧＮＤ端子から外部に直流信号成分が漏れないためのものでコンデンサに限定されるものではなく、直流信号成分を遮断し高周波信号成分を通過させる素子、回路であれば他の素子、回路でも良い。

さらに直流信号成分遮断素子２５は、その全部または一部を高周波スイッチ回路２の半導体基板上に集積化しても良い。
前記高周波スイッチ回路２を構成する前記ＦＥＴスイッチ回路の全部のＦＥＴのゲート端子と送受信切替制御端子間に直列に抵抗２４を介して制御信号を入力するよう構成されている。

まず、送信時の当該高周波集積回路の機能動作について説明する。
送信時には、高周波送信信号が送信波入力端子３に入力され、利得制御端子６に入力された制御信号に応じて利得制御回路１０は増幅回路９にバイアスを供給し、増幅回路９は電源供給端子５からチョークコイル１１ａを介して直流電源が供給されると共に増幅した高周波送信信号を出力整合回路１２を介して高周波スイッチ回路２へ出力する。

なお、出力整合回路１２は第１の具体例を構成するのに必ずしも必要ではなく、送信用高周波増幅器１から高周波スイッチ回路２へ特性を劣化させずに増幅した高周波信号を伝送することができるのであれば出力整合回路１２を省略しても良い。

送信用高周波増幅器１が備える電源供給端子５から供給される直流電源の一部は出力整合回路１２を介して送信用高周波増幅器１が増幅した高周波送信信号を高周波スイッチ回路２に伝送する線路を介して高周波スイッチ回路２へプルアップ電位を供給する。各ＦＥＴスイッチ回路を構成するプルアップ抵抗１８は高周波信号を減衰させるのに十分な高い抵抗値を有する。

したがって、送信側シャントＦＥＴスイッチ回路２１ｂとＧＮＤ端子の接続点、送信側スルーＦＥＴスイッチ回路２１ａと受信側スルーＦＥＴスイッチ回路２２ａの接続点及び受信側スルーＦＥＴスイッチ回路２２ａと受信側シャントＦＥＴスイッチ回路２２ｂの接続点はプルアップされる。

送信側スルーＦＥＴスイッチ回路２１ａ及び受信側シャントＦＥＴスイッチ回路２２ｂを構成するＦＥＴのゲート端子に印加される送受信切替制御信号の電圧はプルアップ電位と同電位または低いため送信側スルーＦＥＴスイッチ回路２１ａ及び受信側シャントＦＥＴスイッチ回路２２ｂを構成するＦＥＴには常に逆バイアスが印加され微少のリーク電流のみ流れる。

また、アンテナ側入出力端子７、高周波受信出力端子４及びＧＮＤ端子にはコンデンサが接続されているため直流電流は流れない。よって、結果的に送信側ＦＥＴスイッチ回路２１と受信側ＦＥＴスイッチ回路２２に必要なプルアップ電位を供給することができる。

したがって、送信時は送受信切替制御端子８ａにはＨｉｇｈ信号が送受信切替制御端子８ｂにはＬｏｗ信号が、それぞれ制御信号として与えられ、上述のプルアップ電位との関係から送信側スルーＦＥＴスイッチ回路２１ａと受信側シャントＦＥＴスイッチ回路２２ｂがＯＮ状態となり、一方送信側シャントＦＥＴスイッチ回路２１ｂと受信側スルーＦＥＴスイッチ回路２２ａがＯＦＦ状態となり、送信用高周波増幅器１によって増幅された高周波送信信号は高周波スイッチ回路２を介してアンテナ側入出力端子７に出力されアンテナを介して放射される。

また、送信用高周波増幅器１を構成する増幅回路９へは電源供給端子５のみ介して直接直流電源が供給され、高周波スイッチ回路２を構成する回路を全く経由しないので電圧降下による効率低下などの問題は生じない。

さらに高周波スイッチ回路２に供給されるプルアップ電位は電池電圧に近い高い電位が印加されるため高周波スイッチ回路２のアイソレーション特性を向上させる。
次に受信時の高周波集積回路の機能動作について説明する。

受信時には、送信用高周波増幅器１に高周波送信信号は入力されず、また利得制御回路１０により増幅回路９が増幅作用を抑制するようにバイアスが供給されるが、電源供給端子５からチョークコイル１１ａを介して直流電源は高周波スイッチ回路２へプルアップ電位を供給する。

送信時と同様に各ＦＥＴスイッチ回路を構成するプルアップ抵抗１８を介して、送信側シャントＦＥＴスイッチ回路２１ｂとＧＮＤ端子の接続点、送信側スルーＦＥＴスイッチ回路２１ａと受信側スルーＦＥＴスイッチ回路２２ａの接続点及び受信側スルーＦＥＴスイッチ回路２２ａと受信側シャントＦＥＴスイッチ回路２２ｂの接続点はプルアップされる。よって、結果的に送信側ＦＥＴスイッチ回路２１と受信側ＦＥＴスイッチ回路２２に必要なプルアップ電位を供給することができる。

したがって、受信時は送受信切替制御端子８ａにはＬｏｗ信号が制御端子８ｂにはＨｉｇｈ信号が制御信号として与えられ、上述のプルアップ電位との関係から送信側スルーＦＥＴスイッチ回路２１ａと受信側シャントＦＥＴスイッチ回路２２ｂがＯＦＦ状態となり、一方、送信側シャントＦＥＴスイッチ回路２１ｂと受信側スルーＦＥＴスイッチ回路２２ａがＯＮ状態となりアンテナで受信した高周波受信信号は高周波スイッチ回路２を介して受信信号出力端子４に出力される。

このように、受信時に送信用高周波増幅器１が動作していなくても高周波スイッチ回路２の各ＦＥＴスイッチ回路へプルアップ電位を供給することができ、送信時と同様に高周波スイッチ回路２に供給されるプルアップ電位は電池電圧に近い高い電位が印加されるため高周波スイッチ回路２のアイソレーション特性を向上させる。

第２の実施形態では携帯電話等で一般的に用いられているＳＰＤＴ型高周波スイッチ回路を例に具体的に示したが他の高周波スイッチ回路で高周波集積回路を構成しても本発明の一般性を失わない。

（第３の実施形態）
図６は本発明の第３の実施形態を示し、第３の実施形態に係わる高周波集積回路は第２の実施形態に係わる高周波スイッチ回路２を構成する各ＦＥＴスイッチ回路のＯＮ／ＯＦＦ状態を切替える送受信切替制御信号を増幅する増幅回路２３を付加したものである。高周波スイッチ回路２を構成する前記ＦＥＴスイッチ回路の全部のＦＥＴのゲート端子と送受信切替制御端子間に直列に抵抗２４を介して制御信号を入力するよう構成されている。

また、増幅回路２３は少なくとも独立した２系統の信号に対応するため増幅器２３ａと増幅器２３ｂから構成される。この増幅回路２３は入力された送受信切替制御信号のＨｉｇｈ信号を高周波スイッチ回路へ供給されるプルアップ電位と同電位まで増幅することを特徴とする。

ここで携帯無線端末における送受信切替制御信号について説明する。
一般的に携帯無線端末における送受信切替制御信号はマイクロコンピュータを中核としたベースバンド回路系から出力される。ベースバンド回路系の電源は誤動作を回避するため電圧の不安定な電池直結ではなくレギュレータ回路等を介した安定した定電圧源から供給される。したがって、レギュレータ回路による電圧損失により電池電圧より低下する。一般的な携帯無線端末に使用される開放電圧４．２Ｖのリチウム電池の場合、レギュレータ回路出力電圧は３Ｖ以下である。よって、送受信切替制御信号のＨｉｇｈ信号レベルも３Ｖ以下となる。

上述の第１及び第２の実施形態の場合、高周波集積回路へ供給される電源電圧が最大４．２Ｖ、送受信切替制御信号のＨｉｇｈ信号レベルが３Ｖと仮定すると高周波スイッチ回路２を構成する各ＦＥＴスイッチ回路のＦＥＴのゲート・ソース（またはドレイン）間電圧はＯＮ状態でも−１．２Ｖ以上あり、高周波スイッチ回路２のＦＥＴのオン抵抗が十分に低減されず高周波信号の通過損失が増大し著しい特性劣化を生じる可能性がある。

したがって、送受信切替制御信号のＨｉｇｈ信号レベルを高周波スイッチ回路２をプルアップする電位まで昇圧すれば上記問題が容易に解決する。
まず、送信時の当該高周波集積回路の機能動作について説明する。

高周波スイッチ回路２を構成する各ＦＥＴスイッチ回路へプルアップ電位を供給する過程については上述の第１及び２の実施形態と同じなので説明を省略する。
ベースバンド回路系より増幅器２３ａへはＨｉｇｈ信号が入力され高周波スイッチ回路２へ供給されるプルアップ電位と同電位まで増幅されて送受信切替制御端子８ａへ入力され、一方、増幅器２３ｂへはＬｏｗ信号が入力されるがＬｏｗ信号レベルはほぼ０Ｖなので、そのまま送受信切替制御端子８ｂへ入力される。したがって、高周波スイッチ回路２へ供給されるプルアップ電位と送受信切替制御端子８ａ及び８ｂに増幅された制御信号電位により送受信切替動作に十分な電位差が得られ、送信側スルーＦＥＴスイッチ回路２１ａと受信側シャントＦＥＴスイッチ回路２２ｂがＯＮ状態となり、一方送信側シャントＦＥＴスイッチ回路２１ｂと受信側スルーＦＥＴスイッチ回路２２ａがＯＦＦ状態となり、送信用高周波増幅器１によって増幅された高周波送信信号は高周波スイッチ回路２を介してアンテナ側入出力端子７に出力されアンテナを介して放射される。

次に受信時の機能動作について説明する。
高周波スイッチ回路２を構成する各ＦＥＴスイッチ回路へプルアップ電位を供給する過程については上述の第１及び２の実施形態と同じなので説明を省略する。ベースバンド回路系より増幅器２３ｂへはＨｉｇｈ信号が入力され高周波スイッチ回路２へ供給されるプルアップ電位と同電位まで増幅されて送受信切替制御端子８ｂへ入力され、一方、増幅器２３ａへはＬｏｗ信号が入力されるがＬｏｗ信号レベルはほぼ０Ｖなので、そのまま送受信切替制御端子８ａへ入力される。したがって、高周波スイッチ回路２へ供給されるプルアップ電位と送受信切替制御端子８ａ及び８ｂに増幅された制御信号電位により送受信切替動作に十分な電位差が得られ送信側スルーＦＥＴスイッチ回路２１ａと受信側シャントＦＥＴスイッチ回路２２ｂがＯＦＦ状態となり、一方、送信側シャントＦＥＴスイッチ回路２１ｂと受信側スルーＦＥＴスイッチ回路２２ａがＯＮ状態となり、アンテナ側入出力端子から入力された高周波受信信号は高周波スイッチ回路２を介して受信波出力端子４へ出力される。

この構成により、送受信切替制御信号のＨｉｇｈ信号レベルが高周波スイッチ回路２へ供給されるプルアップ電位より低くても高周波特性を劣化させずに高周波スイッチ回路２内でのプルアップ電位を供給する電源供給端子を不要とする高周波集積回路を実現した。

なお、上記各実施の形態において送信用高周波増幅器１と高周波スイッチ回路２を同一半導体基板上に形成することができる。

本発明の第１の実施形態を示すブロック図 本発明の第１の実施形態を示す具体的な回路図 本発明の第２の実施形態を示すブロック図 本発明の第２の実施形態を示す具体的な回路図 高周波スイッチ回路の具体的な回路図 本発明の第３の実施形態を示すブロック図 従来技術を示す具体的な回路図

符号の説明

１ 送信用高周波増幅器
２ 高周波スイッチ回路
３ 送信信号入力端子
４ 受信信号出力端子
５ 電源供給端子
６ 利得制御端子
７ アンテナ側入出力端子
８ａ，８ｂ 送受信切替制御端子
９ 増幅回路
１０ 利得制御回路
１１ 高周波信号遮断素子
１１ａ チョークコイル
１２ 出力整合回路
１７ プルアップ電源供給端子
１８ ＦＥＴプルアップ抵抗
１９ 制御端子保護抵抗
２５ 直流信号成分遮断素子
２１ 送信側ＦＥＴスイッチ回路
２１ａ 送信側スルーＦＥＴスイッチ回路
２１ｂ 送信側シャントＦＥＴスイッチ回路
２２ 受信側ＦＥＴスイッチ回路
２２ａ 受信側スルーＦＥＴスイッチ回路
２２ｂ 受信側シャントＦＥＴスイッチ回路
２３ 増幅回路
２３ａ，２３ｂ 増幅器

Claims (11)

1. 入力された高周波送信信号を増幅して出力する送信用高周波増幅器と、高周波送信信号を送信端子からアンテナに出力すると共に高周波受信信号をアンテナから受信端子に出力するアンテナ側入出力端子を有し、前記送信用高周波増幅器から入力された高周波送信信号を前記アンテナ側入出力端子に出力する第１の接続状態と前記アンテナ側入出力端子から入力された高周波入力信号を受信端子に出力する第２の接続状態との切替えを行う高周波スイッチ回路を具備する高周波集積回路において、
   前記送信用高周波増幅器が増幅した高周波送信信号と共に前記送信用高周波増幅器が備える電源供給端子から供給される直流電源を、前記高周波スイッチ回路へこの高周波スイッチ回路を構成するＦＥＴスイッチ回路のプルアップ電位として供給するように構成した
   高周波集積回路。
2. 前記送信用高周波増幅器と前記高周波スイッチ回路との間の伝送線路上に、高周波整合ならびに直流信号成分を通過させる整合回路を設け、
   前記送信用高周波増幅器が増幅した高周波送信信号と共に送信用高周波増幅器が備える電源供給端子から供給される直流電源を、前記整合回路を介して前記高周波スイッチ回路を構成するＦＥＴスイッチ回路のプルアップ電位として供給するように構成した
   請求項１に記載の高周波集積回路。
3. 前記高周波スイッチ回路を、
   送信端子とアンテナ側入出力端子間に接続された送信側ＦＥＴスイッチ回路と、受信端子とアンテナ側入出力端子間に接続された受信側ＦＥＴスイッチ回路から構成した
   請求項１または請求項２に記載の高周波集積回路。
4. 前記高周波スイッチ回路を、
   送信端子とアンテナ側入出力端子間に直列接続された送信側スルーＦＥＴと、送信端子とアンテナ側入出力端子間に並列接続された送信側シャントＦＥＴと、受信端子とアンテナ側入出力端子間に直列接続された受信側スルーＦＥＴと、受信端子とアンテナ側入出力端子間に並列接続された受信側シャントＦＥＴとから構成した
   請求項１または請求項２に記載の高周波集積回路。
5. 前記高周波スイッチ回路を構成する前記ＦＥＴスイッチ回路のＦＥＴの全部または一部が連続した複数個の直列接続されたＦＥＴから構成した
   請求項３または請求項４に記載の高周波集積回路。
6. 前記高周波スイッチ回路を構成する前記ＦＥＴスイッチ回路のＦＥＴの全部または一部が複数のゲート電極を有する多段ゲート構造ＦＥＴから構成した請求項３または請求項４に記載の高周波集積回路。
7. 前記高周波スイッチ回路を構成する前記ＦＥＴスイッチ回路のＦＥＴのドレインとソース間にプルアップ抵抗を接続した
   請求項５または請求項６に記載の高周波集積回路。
8. 前記高周波スイッチ回路とアンテナ側入力端子との間、前記高周波スイッチ回路と受信信号出力端子との間、前記高周波スイッチ回路と基準電位との間、の内の少なくとも一部に直流信号成分の通過を遮断する直流遮断素子を介装するとともに、前記直流遮断素子の全部または一部を前記高周波スイッチ回路の半導体基板上に形成した
   請求項１または請求項２に記載の高周波集積回路。
9. 前記高周波スイッチ回路を構成する前記ＦＥＴスイッチ回路の全部のＦＥＴのゲート端子と送受信切替制御端子間に直列に抵抗を介して制御信号を入力するよう構成した
   請求項１または請求項２に記載の高周波集積回路。
10. 前記送信用高周波増幅器と前記高周波スイッチ回路を同一半導体基板上に形成した
    請求項１または請求項２に記載の高周波集積回路。
11. 前記高周波スイッチ回路の送受信切替制御系に、増幅回路を介して送受信切替信号を供給した
    請求項１または請求項２に記載の高周波集積回路。

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