JP2007067720A - 半導体集積回路装置および高周波電力増幅モジュール - Google Patents

半導体集積回路装置および高周波電力増幅モジュール Download PDF

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Abstract

【課題】 SPDTスイッチにおけるスイッチ特性を改善し、大電力のスロットルの後の小電力のスロットルの立ち上がり遅延を低減する。
【解決手段】 SPDTスイッチ2の制御端子2h,2iには、逆流防止回路28,29がそれぞれ設けられている。逆流防止回路28(,29)は、2つトランジスタ、およびダイオードから構成されている。送信モードにおいて、たとえば、トランジスタQtx1,Qtx2を介して大電力が通過するスロットルの後に、小電力のスロットが通過する際、トランジスタQtx1,Qtx2のゲートにチャージされた電荷の放電をブロックする。また、トランジスタQtx1,Qtx2がOFF時には、トランジスタQtx1,Qtx2のゲートにチャージされた電荷を速やかに放電し、該トランジスタQtx1,Qtx2を完全にOFFさせる。
【選択図】 図2

Description

本発明は、移動体通信機器などに搭載される半導体集積回路装置に関し、特に送受信信号の歪みの低減に有効な技術に関する。
近年、携帯電話は、音声通話に加えてデータ通信を利用した多様なサービス展開をはかり、発展を続けている。
携帯電話の欧州における代表的な周波数帯は、900MHz帯のGSM(Global System for Mobile Communicator)方式と1.8GHz帯のDCS(Digital Cellular System)、米国では1.9GHz帯のPCS(Personal Communication Service)と850MHz帯のGSM方式がある。加えて、2GHz帯を使用するW−CDMAが加わり、マルチバンド/マルチモード化が携帯端末の必須の条件になっている。
このように、携帯電話のマルチバンド/マルチモード化に伴い、複雑な高周波信号の切り替えが可能な小型で高性能な送受信切り替え用のSPDT(Sigle−Pole Double−Throw)スイッチが求められている。
SPDTスイッチにおける主な要求は、高次高調波歪みの低減である。
この高次高調波歪みの低減を実現する技術として、たとえば、SPDTスイッチを構成するFET(Field Effect Transistor)を多段接続したものがある(特許文献1参照)。
送信回路から送られる電力を上記SPDTスイッチを介してアンテナ側に伝達する際、OFFとなっている受信回路側とアンテナ側とに接続されたFETが上記送信回路の電力に影響されずONしなくなることで、入力された電力が、受信系に漏れることなくアンテナに出力されるため、低損失なスイッチを実現することができる。
また、多段接続することでFETにかかるRF(高周波)電圧が分散され、1段あたりのRF電圧を小さくすることができる。高調波歪みの発生要因であるゲート−ソース間容量(Cgs)、ゲート−ドレイン間容量(Cgd)、ならびにON抵抗にかかるRF電圧が小さくなるので、高調波歪みを低減できる。
このマルチゲート化での更なる高調波歪み改善策として、デュアルゲートFETのゲート−ゲート間の中点の電位供給用配線を設ける回路を採用した技術がある(特許文献2参照)。これにより、中間電位を安定させることが可能となり、その結果、高調波歪みを低減することができる。
また、マルチゲート化の高調波歪み改善策としては、デュアルゲートFETのゲート−ゲート間の中点の電位供給用配線を変更することで、リーク電流による電位の低下量を抑え、高調波歪みを改善しているものがある(特許文献3参照)。
さらに、上記した特許文献1〜3の回路技術を踏まえ、一般的なSPDTスイッチでは、更なる低歪み化のために昇圧回路を設けたものがある。
この昇圧回路は、送信回路側とアンテナ側との間に接続されるFETのゲートにそれぞれ接続されている。そして、FETがONした際に、そのFETからの高周波電力を昇圧回路に取り込み、制御電圧(約2V)よりも高い昇圧電圧(約4.5V)を発生し、その昇圧電圧をFETのゲートに印加する。
また、昇圧電圧は、ONしたFETのゲートを介して、その他のOFFとなっているFETのドレイン(ソース)に印加されることになる。OFFしているFETのゲートは、基準電位VSS(0V)になっているため、これらFETのゲート−ソース(ドレイン)間電圧Vgs(Vgd)は、負電圧(〜−4.5V程度)となる。
そのため、FETは、より深いOFF状態になるため、ゲート−ソース間容量(Cgs)、ゲート−ドレイン間容量(Cgd)が小さくなり、高調波歪みを低減することができる。
特開平8−70245号公報 特願2004−353715号 特願2005−181669号
ところが、上記のようなSPDTスイッチにおける高調波歪み特性の改善技術では、次のような問題点があることが本発明者により見い出された。
上記した昇圧回路を設けたことによって高調波歪み特性は向上した。
ところで、GSM方式では音声通話に加えてEDGE(Enhanced Data rates for GSM Evolution)モードと呼ばれるデータ通信モードがある。図8に示すように両者ともスロットと呼ばれる一定時間(576.923μs)の通信単位を一定の間隔(送信:34.2μs、受信:30.46μs)で8個含むフレームという単位で基地局と携帯端末間の通信を行う。
近年多様なサービスを展開するためにDTM(Dual Transfer Mode)と称される音声通信とEDGEモードを同一のフレーム内で使用する通信モードの導入により新たな問題が生じた。
すなわち、GSM方式における従来の送信モードでは、送信されるデータは同一フレームに含まれるスロットは音声通話もしくはデータ通信の何れか一方であったが、図9に示すように上記DTMモードでは音声通話およびデータ通信の両方を含む。GSM方式の音声通話のデータは位相変調であり同一フレーム内のスロットでは一定の大出力(約33dBm)である可能性がある。一方データ通信であるEDGEモードでは位相変調に加えて振幅変調を行っており小出力(約5dBm)の可能性がある。
上記DTMモードではデータの形式(音声、データ通信)により同一フレームにおいて各スロット毎の高周波電力は変化する。大電力(約33dBm)が通過するスロットルの後に、小電力(約5dBm)が通過するスロットが連続する場合が存在する。
図10は、本発明者が検討したスイッチ出力端子での電力のスロットルタイミングを示した図である。理想的には、33dBmのスロットルの後に続く5dBmの小電力スロットルが矩形波となるが、この大電力のスロットルの後の小電力のスロットルの立ち上がりにおいて、出力電力が速やかに立ち上がらずに、図中の点線で示すように、遅延が生じてしまい、この結果、高調波歪みが大きくなり、送電電力の損失が生じてしまうという問題がある。
本発明の目的は、SPDTスイッチにおけるスロットルの変化による立ち上がり遅延を防止し、該SPDTスイッチの高調波歪みを大幅に低減することのできる技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
本発明の半導体集積回路装置は、アンテナに結合される第1の端子と、送信回路に結合される第2の端子と、受信回路に結合される第3の端子と、該第1の端子と第2の端子との間に設置され、第1の端子と第2の端子との接続切り替えを行う切り替えトランジスタと、該切り替えトランジスタの制御信号が入力される第4の端子と、該第4の端子を介して信号が入力された際に切り替えトランジスタを介して出力される送信信号を取り込み、入力された信号の電圧レベルよりも高い昇圧電圧を発生し、切り替えトランジスタの制御端子に印加する昇圧回路と、切り替えトランジスタを介して出力される送信信号の信号レベルが低下する際に、切り替えトランジスタのドレイン電圧が、切り替えトランジスタのゲート電圧よりも大きくならないように制御を行う電圧制御手段を備えたものである。
また、本発明の半導体集積回路装置は、アンテナに結合される第1の端子と、送信回路に結合される第2の端子と、受信回路に結合される第3の端子と、該第1の端子と第2の端子との間に設置され、第1の端子と第2の端子との接続切り替えを行う切り替えトランジスタと、該切り替えトランジスタの制御信号が入力される第4の端子と、該第4の端子を介して信号が入力された際に切り替えトランジスタを介して出力される送信信号を取り込み、入力された信号の電圧レベルよりも高い昇圧電圧を発生し、切り替えトランジスタの制御端子に印加する昇圧回路と、切り替えトランジスタを介して出力される送信信号の信号レベルが低下する際に、切り替えトランジスタのドレイン電圧が、切り替えトランジスタのゲート電圧よりも大きくならないように制御を行い、切り替えトランジスタが動作しない際に、切り替えトランジスタのゲートにチャージされた電荷を放電する電圧制御手段を備えたものである。
さらに、本願のその他の発明の概要を簡単に示す。
本発明の高周波電力増幅モジュールは、アンテナ接続切り替え回路と、送信回路から送信信号を受取り、増幅された送信信号を該アンテナ接続切り替え回路に供給する高周波電力増幅器とを具備し、アンテナ接続切り替え回路は、アンテナに結合される第1の端子と、高周波電力増幅器に結合される第2の端子と、受信回路に結合される第3の端子と、第1の端子と第2の端子との間に設置され、第1の端子と第2の端子の接続切り替えを行う切り替えトランジスタと、該切り替えトランジスタの制御信号が入力される第4の端子と、該第4の端子を介して信号が入力された際に切り替えトランジスタを介して出力される送信信号を取り込み、入力された信号の電圧レベルよりも高い昇圧電圧を発生し、切り替えトランジスタの制御端子に印加する昇圧回路と、切り替えトランジスタを介して出力される送信信号の信号レベルが低下する際に、切り替えトランジスタのドレイン電圧が、切り替えトランジスタのゲート電圧よりも大きくならないように制御を行う電圧制御手段を備えたものである。
また、本発明の高周波電力増幅モジュールは、アンテナ接続切り替え回路と、送信回路から送信信号を受取り、増幅された送信信号をアンテナ接続切り替え回路に供給する高周波電力増幅器とを具備し、アンテナ接続切り替え回路は、アンテナに結合される第1の端子と、高周波電力増幅器に結合される第2の端子と、受信回路に結合される第3の端子と、第1の端子と第2の端子との間に設置され、第1の端子と第2の端子の接続切り替えを行う切り替えトランジスタと、該切り替えトランジスタの制御信号が入力される第4の端子と、該第4の端子を介して信号が入力された際に切り替えトランジスタを介して出力される送信信号を取り込み、入力された信号の電圧レベルよりも高い昇圧電圧を発生し、切り替えトランジスタの制御端子に印加する昇圧回路と、切り替えトランジスタを介して出力される送信信号の信号レベルが低下する際に、切り替えトランジスタのドレイン電圧が、切り替えトランジスタのゲート電圧よりも大きくならないように制御を行い、切り替えトランジスタが動作しない際に、切り替えトランジスタのゲートにチャージされた電荷を放電する電圧制御手段を備えたものである。
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
(1)アンテナ接続切り替え回路の高周波歪み特性を改善しながら、出力電力の立ち上がりの遅延を防止することができる。
(2)また、上記(1)のアンテナ接続切り替え回路を用いて高周波電力増幅モジュールを構成することにより、通信機器などの電子システムの信頼性を向上させることができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
図1は、本発明の一実施の形態による高周波電力増幅モジュールのブロック図、図2は、図1の高周波電力増幅モジュールに設けられたSPDTスイッチの回路図、図3は、図2のSPDTスイッチに設けられた逆流防止回路の回路図、図4は、図2のSPDTスイッチにおけるトランジスタドレイン(アンテナ)電圧Vd/ゲート電圧Vgの関係を示す説明図、図5は、本発明者が検討した逆流防止回路が設けられていないSPDTスイッチにおけるトランジスタドレイン(アンテナ)電圧Vd/ゲート電圧Vgの関係を示す説明図である。
本実施の形態において、高周波電力増幅モジュール1は、たとえば、通信システムである携帯電話の送信用電力増幅モジュールである。高周波電力増幅モジュール1は、図1に示すように、SPDTスイッチ(アンテナ接続切り替え回路、半導体集積回路装置)2、制御部3、高周波電力増幅器(High Power Amp)4,5、ローパスフィルタ6,7、および静電容量素子8〜13,27から構成されている。
SPDTスイッチ2は、制御部3の制御に基づいて送受信する信号の切り替えを行う。このSPDTスイッチ2は、アンテナ用端子2a、送信信号端子2b,2c、受信信号端子2d〜2g、制御端子2h〜2nが備えられている。
送信信号端子2b,2c、受信信号端子2d〜2g、およびアンテナ用端子2aには、静電容量素子8〜13,27の一方の接続部がそれぞれ接続されている。静電容量素子10,11の他方の接続部には、ローパスフィルタ6,7がそれぞれ接続されている。
静電容量素子8,9,12,13の他方の接続部には、受信系回路に設けられたSAW(Surface Acoustic Wave)14〜17がそれぞれ接続されており、静電容量素子28の他方の接続部には、信号電波の送受信を行うアンテナANTが接続されている。
静電容量素子8〜13,27は、DCカット容量として設けられている。SAW14〜17は、圧電体の弾性表面波を利用し、伝播した特定周波数の信号を高周波信号として選び出す。
また、SAW14〜17の後段には、低雑音増幅器であるLNA(Low Noise Amp)18〜21がそれぞれ接続されている。LNA18〜21は、PCS/DSC、(1800MHz/1900MHz)、およびGSM(800MHz、900MHz)における各周波数帯域の受信信号を増幅する。
制御部3は、ベースバンド回路から出力される制御信号によって、SPDTスイッチ2の動作制御を行う。高周波電力増幅器4は、送信回路22から供給されるGSMにおける周波数帯域の送信信号を増幅し、高周波電力増幅器5は、送信回路23から供給されるDCS/PCSにおける周波数帯域の送信信号を増幅する。ローパスフィルタ6,7は、高周波電力増幅器4,5から出力された送信信号における送信周波帯をそれぞれ通過させる。
図2は、SPDTスイッチ2の一例を示した回路図である。
図示するように、SPDTスイッチ2は、送信信号切り替え部24,25、および受信信号切り替え部26から構成されている。
送信信号切り替え部24は、トランジスタ(切り替え用トランジスタ)Qtx1,Qtx2、抵抗Rgg1〜Rgg5、抵抗Rd1〜Rd4、静電容量素子C1,C2、昇圧回路SC1、ならびに逆流防止回路(電圧制御手段)28から構成されている。
送信信号切り替え部25は、トランジスタ(切り替え用トランジスタ)Qtx3,Qtx4、抵抗Rgg6〜Rgg10、抵抗Rd5〜Rd8、静電容量素子C3,C4、昇圧回路SC2、および逆流防止回路(電圧制御手段)29から構成されている。
また、受信信号切り替え部26は、トランジスタQrx1〜Qrx5、抵抗Rgg11〜Rgg18、抵抗Rd9〜Rd15、および静電容量素子C5,C6から構成されている。
これらトランジスタQtx1,Qtx2,Qtx3,Qtx4,Qrx1〜Qrx5は、たとえば、HEMT(High Electron Mobility Transistor)などのFETからなる。また、トランジスタQtx1〜Qtx4は、2つのゲートが設けられたデュアルゲートFETよりなり、トランジスタ(切り替え用トランジスタ)Qrx1は、3つのゲートが設けられたマルチゲートFETよりなる。
トランジスタQtx1,Qtx4,Qrx1の一方の接続部、静電容量素子C2,C4,C6の一方の接続部、および抵抗Rd4,Rd8,Rd9の一方の接続部には、アンテナ用端子2aがそれぞれ接続されている。
また、抵抗Rgg5の一方の接続部には、制御端子2hが接続されており、該抵抗Rgg5の他方の接続部には、抵抗Rgg1〜Rgg4の一方の接続部がそれぞれ接続されている。
この制御端子2hには、逆流防止回路28が接続されている。この逆流防止回路28は、トランジスタQtx1,Qtx2のゲートにチャージされた電荷の放電を防止する回路である。
抵抗Rgg4の他方の接続部には、トランジスタQtx1の一方のゲート、および静電容量素子C2の他方の接続部がそれぞれ接続されている。抵抗Rgg3の他方の接続部には、トランジスタQtx1の他方のゲートが接続されている。
昇圧回路SC1は、トランジスタQtx1,Qtx2に制御端子2hを介して逆流防止回路28から出力された信号が入力された際に、送信信号端子2bからの送信信号(GSM帯)を取り込み、該信号の電圧レベルよりも高い昇圧電圧を発生し、該昇圧電圧をトランジスタQtx1,Qtx2のゲートに印加する。
抵抗Rgg1の他方の接続部には、トランジスタQtx2の一方のゲート、および静電容量素子C1の一方の接続部がそれぞれ接続されている。抵抗Rgg2の他方の接続部には、トランジスタQtx2の他方のゲートが接続されている。
トランジスタQtx1の他方の接続部には、トランジスタQtx2の一方の接続部が接続されている。トランジスタQtx2の他方の接続部、および静電容量素子C1の他方の接続部には、送信信号端子2bがそれぞれ接続されている。
トランジスタQtx1の一方の接続部とトランジスタQtx2の他方の接続部との間には、抵抗Rd1〜Rd4が直列接続されている。抵抗Rd1,Rd2の接続部は、トランジスタQtx2のゲート−ゲート間に接続されており、抵抗Rd3,Rd4の接続部は、トランジスタQtx1のゲート−ゲート間に接続されている。抵抗Rd2,Rd3の接続には、トランジスタQtx1,Qtx2の接続部が接続されている。
これら抵抗Rd1〜Rd4は、トランジスタQtx1,Qtx2のゲート−ゲート間電位供給用抵抗として用いられる。
抵抗Rgg10の一方の接続部には、制御端子2iが接続されており、該抵抗Rgg10の他方の接続部には、抵抗Rgg6〜Rgg9の一方の接続部がそれぞれ接続されている。
また、制御端子2iには、逆流防止回路29が接続されている。この逆流防止回路29は、トランジスタQtx3,Qtx4のゲートにチャージされた電荷の放電を防止する回路である。
抵抗Rgg6の他方の接続部には、トランジスタQtx3の一方のゲート、および静電容量素子C3の他方の接続部がそれぞれ接続されている。抵抗Rgg7の他方の接続部には、トランジスタQtx3の他方のゲートが接続されている。
抵抗Rgg9の他方の接続部には、トランジスタQtx4の一方のゲート、および静電容量素子C4の他方の接続部がそれぞれ接続されており、抵抗Rgg8の他方の接続部には、トランジスタQtx4の他方のゲートが接続されている。
トランジスタQtx3の他方の接続部には、トランジスタQtx4の一方の接続部が接続されている。トランジスタQtx3の一方の接続部、および静電容量素子C3の他方の接続部には、送信信号端子2cがそれぞれ接続されている。
トランジスタQtx3の一方の接続部とトランジスタQtx4の他方の接続部との間には、抵抗Rd5〜Rd8が直列接続されている。抵抗Rd5,Rd6の接続部は、トランジスタQtx3のゲート−ゲート間に接続されており、抵抗Rd7,Rd8の接続部は、トランジスタQtx4のゲート−ゲート間に接続されている。抵抗Rd6,Rd7の接続には、トランジスタQtx3,Qtx4の接続部が接続されている。
これら抵抗Rd5〜Rd8は、トランジスタQtx3,Qtx4のゲート−ゲート間電位供給用抵抗として用いられる。
抵抗Rgg10の一方の接続部には、制御端子2iが接続されており、該抵抗Rgg10の他方の接続部には、抵抗Rgg6〜Rgg9の一方の接続部がそれぞれ接続されている。
昇圧回路SC2は、トランジスタQtx3,Qtx4に制御端子2iを介して逆流防止回路29から出力された信号が入力された際に、送信信号端子2cからの送信信号を取り込み、該信号の電圧レベルよりも高い昇圧電圧を発生し、該昇圧電圧をトランジスタQtx3,Qtx4のゲートに印加する。
また、抵抗Rgg14の一方の接続部には、制御端子2jが接続されている。この抵抗Rgg14の他方の接続部には、抵抗Rgg11〜Rgg13の一方の接続部がそれぞれ接続されている。
これら抵抗Rgg11〜Rgg13の他方の接続部には、トランジスタQrx1の3つのゲートがそれぞれ接続されている。また、抵抗Rgg11の他方の接続部には、静電容量素子C6の他方の接続部が接続されており、抵抗Rgg13の他方の接続部には、静電容量素子C5の他方の接続部が接続されている。
抵抗Rd9〜Rd11は、トランジスタQrx1の一方の接続部と他方の接続部との間に直列接続されている。抵抗Rd9と抵抗Rd10との接続部は、トランジスタQrx1の第1のゲートと第2のゲートにおけるゲート−ゲート間に接続されている。
また、抵抗Rd10と抵抗Rd11との接続部は、トランジスタQrx1の第2のゲートと第3のゲートにおけるゲート−ゲート間に接続されている。静電容量素子C5の一方の接続部には、トランジスタQrx1の他方の接続部、トランジスタQrx2〜Qrx5の一方の接続部、および抵抗Rd12〜Rd15の一方の接続部がそれぞれ接続されている。
トランジスタQrx2の他方の接続部、および抵抗Rd12の他方の接続部には、受信信号端子2dがそれぞれ接続されている。トランジスタQrx3の他方の接続部、および抵抗Rd13の他方の接続部には、受信信号端子2eが接続されている。
トランジスタQrx4の他方の接続部、および抵抗Rd14の他方の接続部には、受信信号端子2fが接続されており、トランジスタQrx5の他方の接続部、ならびに抵抗Rd15の他方の接続部には、受信信号端子2gが接続されている。
また、トランジスタQrx2〜Qrx5のゲートには、抵抗Rgg15〜Rgg18の一方の接続部がそれぞれ接続されている。これら抵抗Rgg15〜Rgg18の他方の接続部には、制御端子2k〜2nがそれぞれ接続されている。
抵抗Rgg1〜Rgg13は、トランジスタQtx1〜Qtx4,Qrx1の制御信号供給用抵抗である。静電容量素子C1〜C6は、トランジスタQtx1〜Qtx4,Qrx1の耐電力用容量素子として用いられる。
図3は、逆流防止回路28(,29)の構成を示す回路図である。
逆流防止回路28(,29)は、トランジスタT1,T2、およびダイオード(放電阻止部)Dから構成されている。トランジスタ(制御信号供給部)T1はPチャネルからなり、トランジスタ(放電部)T2はNチャネルからなる。
トランジスタT1の一方の接続部には、電源電圧VCCが接続されており、該トランジスタT1の他方の接続部には、ダイオードDのアノードが接続されている。ダイオードDのカソードには、トランジスタT2の一方の接続部、および制御端子2h(,2i)が接続されている。
トランジスタT1,T2のゲートには、制御部3(図1)から出力される制御信号Cがそれぞれ入力されるように接続されている。トランジスタT2の他方の接続部には、基準電位VSSが接続されている。
次に、本実施の形態におけるSPDTスイッチ2に設けられた逆流防止回路28(,29)の作用について説明する。
たとえば、逆流防止回路28において、トランジスタQtx1,Qtx2を介して送信信号が出力されている場合、トランジスタT1,T2のゲートには、たとえば、基準電位VSSと同電位のLoレベルの制御信号Cがそれぞれ入力されている。
よって、トランジスタT1はON、トランジスタT2はOFFとなっており、トランジスタT1、およびダイオードDを介して電源電圧VCCが出力される。この電源電圧VCCは、昇圧回路SC1に入力される。
昇圧回路SC1は、大電力の送信信号を取り込み、電源電圧VCCを昇圧して昇圧電圧を発生し、トランジスタQtx1,Qtx2のゲートにそれぞれ出力する。また、送信信号が小電力の際には、昇圧回路SC1は、動作せず、電源電圧VCCがトランジスタQtx1,Qtx2のゲートにそれぞれ出力される。
送信モードにおいて、大電力(約33dBm)が通過するスロットルの後に、小電力(約5dBm)が通過するスロットルとなった際、トランジスタQtx1,Qtx2のゲートにチャージされた電荷が放電されることになるが、ダイオードDによって該トランジスタQtx1,Qtx2のゲートからの電荷の放電がブロックされることになる。
このとき、アンテナ用端子2aに接続されているトランジスタQtx1,Qtx2の一方の接続部(ドレイン)、すなわち、ドレイン(アンテナ)電圧Vdは、アンテナANTを介してゆっくりと放電することになる。
また、トランジスタQtx1,Qtx2のゲート電圧Vgは、前述したようにダイオードDによって電荷の放電がブロックされることになるので、図4に示すように、相対的にドレイン(アンテナ)電圧Vd<ゲート電圧Vgを維持することが可能となる。よって、トランジスタQtx1,Qtx2の不完全ONを防止することが可能となる。
また、トランジスタQtx1,Qtx2がOFF時、すなわち、トランジスタQtx1,Qtx2を介して送信信号が出力されない場合には、トランジスタT1,T2のゲートには、たとえば、電源電圧VCCと同電位のHiレベルの制御信号Cがそれぞれ入力される。
これにより、トランジスタT1がOFF、トランジスタT2がONとなり、トランジスタQtx1,Qtx2のゲートは、トランジスタT2を介して基準電位VSSに接続されるので、トランジスタQtx1,Qtx2のゲートにチャージされた電荷が放電され、該トランジスタQtx1,Qtx2は、完全にOFFとなる。
一方、逆流防止回路28(,29)が備えられていない場合には、トランジスタQtx1,Qtx2のゲートにチャージされた電荷が制御端子2hを介して急激に放電されることになる。
また、トランジスタQtx1,Qtx2のドレイン(アンテナ)電圧Vdは、アンテナANTを介してゆっくりと放電することになるので、図5に示すように、ドレイン(アンテナ)電圧Vdがゲート電圧Vgよりも高くなる電位逆転が発生し、トランジスタQtx1,Qtx2が完全にONしない現象が発生してしまい、送信信号の波形が歪んでしまい、高調波歪み(2倍高調波歪み、3倍高調波歪み)を大きくしてしまうことになる。
それにより、本実施の形態によれば、逆流防止回路28,29を設けることにより、SPDTスイッチ2における高調波歪みを大幅に低減することができる。
また、本実施の形態では、逆流防止回路28(,29)をダイオードとトランジスタとを用いて構成したが、たとえば、図6に示すように、トランジスタQtx1,Qtx2(またはトランジスタQtx3,Qtx4)がOFF時にゲートに蓄積された電荷の引き抜きを抵抗によって行う構成としてもよい。
この場合、図示するように、逆流防止回路28(,29)は、ダイオード(制御信号供給部、放電阻止部)D1と抵抗(放電部)Rから構成されている。ダイオードD1のアノードには、制御部3(図1)から出力される制御信号Cが入力されるように接続されており、該ダイオードD1のカソードには、制御端子2h(,2i)、および抵抗Rの一方の接続部が接続されている。そして、抵抗Rの他方の接続部には、基準電位VSSが接続されている。
たとえば、逆流防止回路28において、トランジスタQtx1,Qtx2を介して送信信号が出力されている場合、ダイオードD1のアノードには、Hi信号の制御信号Cが入力されている。このHi信号は、ダイオードD1を介して昇圧回路SC1に入力される。
送信モードにおいて、大電力(約33dBm)が通過するスロットルの後に、小電力(約5dBm)が通過するスロットルとなった際、トランジスタQtx1,Qtx2のゲートにチャージされた電荷は、ダイオードD1によってブロックされる。
また、トランジスタQtx1,Qtx2がOFFの時、トランジスタQtx1,Qtx2のゲートは、抵抗Rを介して基準電位VSSに接続され、トランジスタQtx1,Qtx2のゲートにチャージされた電荷が放電される。
それによっても、ドレイン(アンテナ)電圧Vdがゲート電圧Vgよりも高くなる電位逆転を防止することができ、SPDTスイッチ2における高調波歪みを大幅に低減することができる。
さらに、図7に示すように、逆流防止回路28(,29)は、インバータInv、トランジスタTr1、およびダイオード(制御信号供給部、放電阻止部)D2から構成してもよい。
この場合、図示するように、逆流防止回路28(,29)において、トランジスタTr1は、NチャネルMOSからなり、インバータInvは、PチャネルMOSのトランジスタTr2とNチャネルMOSのトランジスタTr3とから構成されている。
トランジスタTr2,Tr3は、電源電圧VCCと基準電位VSSとの間に直列接続されている。トランジスタTr2,Tr3のゲート、およびダイオードD2のアノードには、制御部3(図1)から出力される制御信号Cがそれぞれ入力されるように接続されている。
トランジスタTr2とトランジスタTr3の接続部には、トランジスタTr1のゲートが接続されている。このトランジスタTr1の一方の接続部には、ダイオードD2のカソードが接続されており、該トランジスタTr1の他方の接続部には基準電位VSSが接続されている。そして、ダイオードD2のカソードには、制御端子2h(,2i)が接続されている。
図7の逆流防止回路28において、トランジスタQtx1,Qtx2(図2)を介して送信信号が出力されている場合、インバータInvの入力部、およびダイオードD2のアノードには、Hi信号の制御信号Cがそれぞれ入力されており、ダイオードD2を介して電源電圧VCCが昇圧回路SC1(図2)に入力される。
また、インバータInvは、Hi信号の制御信号Cによって、Lo信号を出力するので、トランジスタTr1はOFFとなっている。
そして、送信モードにおいて、大電力(約33dBm)が通過するスロットルの後に、小電力(約5dBm)が通過するスロットルとなった際、トランジスタQtx1,Qtx2のゲートにチャージされた電荷は、ダイオードD2によってブロックされる。
また、トランジスタQtx1,Qtx2がOFFの時、インバータInvの入力部、およびダイオードD2のアノードには、Lo信号の制御信号Cがそれぞれ入力される。これにより、トランジスタTr1がONとなり、トランジスタQtx1,Qtx2のゲートにチャージされた電荷が該トランジスタTr1を介して放電される。
それによっても、ドレイン(アンテナ)電圧Vdがゲート電圧Vgよりも高くなる電位逆転を防止することができ、SPDTスイッチ2における高調波歪みを大幅に低減することができる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
本発明は、携帯電話などの通信システムに用いられるSPDTスイッチにおける高調波の歪みの低減化技術に適している。
本発明の一実施の形態による高周波電力増幅モジュールのブロック図である。 図1の高周波電力増幅モジュールに設けられたSPDTスイッチの回路図である。 図2のSPDTスイッチに設けられた逆流防止回路の回路図である。 図2のSPDTスイッチにおけるトランジスタドレイン(アンテナ)電圧Vd/ゲート電圧Vgの関係を示す説明図である。 本発明者が検討した逆流防止回路が設けられていないSPDTスイッチにおけるトランジスタドレイン(アンテナ)電圧Vd/ゲート電圧Vgの関係を示す説明図である。 本発明の他の実施の形態によるSPDTスイッチに設けられた逆流防止回路の一例を示す回路図である。 本発明の他の実施の形態によるSPDTスイッチに設けられた逆流防止回路の他の例を示す回路図である。 GSM/EDGE方式による受信データの管理タイミング例を示したタイミングチャートである。 DTMを用いたGSM/EDGE方式による受信データの管理タイミング例を示したタイミングチャートである。 本発明者が検討したスイッチ出力端子での電力のスロットルタイミングを示した説明図である。
符号の説明
1 高周波電力増幅モジュール
2 SPDTスイッチ(アンテナ接続切り替え回路、半導体集積回路装置)
2a アンテナ用端子
2b,2c 送信信号端子
2d〜2g 受信信号端子
2h〜2n 制御端子
3 制御部
4,5 高周波電力増幅器
6,7 ローパスフィルタ
8〜13 静電容量素子
14〜17 SAW
18〜21 LNA
22 送信回路
23 送信回路
24,25 送信信号切り替え部
26 受信信号切り替え部
27 静電容量素子
28,29 逆流防止回路(電圧制御手段)
ANT 送受信用アンテナ
Qtx1,Qtx2 トランジスタ(切り替え用トランジスタ)
Qtx3,Qtx4 トランジスタ(切り替え用トランジスタ)
Qrx1〜Qrx5 トランジスタ
Rgg1〜Rgg18 抵抗
Rd1〜Rd15 抵抗
C1〜C6 静電容量素子
SC1,SC2 昇圧回路
T1 トランジスタ(制御信号供給部)
T2 トランジスタ(放電部)
D ダイオード(放電阻止部)
D1,D2 ダイオード(制御信号供給部、放電阻止部)
R 抵抗(放電部)
Inv インバータ
Tr1 トランジスタ
Tr2,Tr3 トランジスタ

Claims (10)

  1. アンテナに結合される第1の端子と、
    送信回路に結合される第2の端子と、
    受信回路に結合される第3の端子と、
    前記第1の端子と前記第2の端子との間に設置され、前記第1の端子と前記第2の端子との接続切り替えを行う切り替えトランジスタと、
    前記切り替えトランジスタの制御信号が入力される第4の端子と、
    前記第4の端子を介して信号が入力された際に前記切り替えトランジスタを介して出力される送信信号を取り込み、入力された信号の電圧レベルよりも高い昇圧電圧を発生し、前記切り替えトランジスタの制御端子に印加する昇圧回路と、
    前記切り替えトランジスタを介して出力される送信信号の信号レベルが低下する際に、前記切り替えトランジスタのドレイン電圧が、前記切り替えトランジスタのゲート電圧よりも大きくならないように制御を行う電圧制御手段を備えたことを特徴とする移動体通信機器に用いられる半導体集積回路装置。
  2. アンテナに結合される第1の端子と、
    送信回路に結合される第2の端子と、
    受信回路に結合される第3の端子と、
    前記第1の端子と前記第2の端子との間に設置され、前記第1の端子と前記第2の端子との接続切り替えを行う切り替えトランジスタと、
    前記切り替えトランジスタの制御信号が入力される第4の端子と、
    前記第4の端子を介して信号が入力された際に前記切り替えトランジスタを介して出力される送信信号を取り込み、入力された信号の電圧レベルよりも高い昇圧電圧を発生し、前記切り替えトランジスタの制御端子に印加する昇圧回路と、
    前記切り替えトランジスタを介して出力される送信信号の信号レベルが低下する際に、前記切り替えトランジスタのドレイン電圧が、前記切り替えトランジスタのゲート電圧よりも大きくならないように制御を行い、前記切り替えトランジスタが動作しない際に、前記切り替えトランジスタのゲートにチャージされた電荷を放電する電圧制御手段を備えたことを特徴とする移動体通信機器に用いられる半導体集積回路装置。
  3. 請求項2記載の半導体集積回路装置において、
    前記電圧制御手段は、
    前記制御端子に前記切り替えトランジスタの制御を行う制御回路から出力される制御信号に基づいて、前記切り替えトランジスタに制御信号を出力する制御信号供給部と、
    前記切り替えトランジスタを介して出力される送信信号の信号レベルが低下する際に、前記切り替えトランジスタのゲートにチャージされた電荷の放電を阻止する放電阻止部と、
    前記切り替えトランジスタが動作しない際に、前記切り替えトランジスタのゲートにチャージされた電荷を基準電位に放電する放電部とよりなること特徴とする移動体通信機器に用いられる半導体集積回路装置。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体集積回路装置において、
    前記切り替えトランジスタは、HEMTであることを特徴とする移動体通信機器に用いられる半導体集積回路装置。
  5. アンテナ接続切り替え回路と、
    送信回路から送信信号を受取り、増幅された送信信号を前記アンテナ接続切り替え回路に供給する高周波電力増幅器とを具備し、
    前記アンテナ接続切り替え回路は、
    アンテナに結合される第1の端子と、
    前記高周波電力増幅器に結合される第2の端子と、
    受信回路に結合される第3の端子と、
    前記第1の端子と前記第2の端子との間に設置され、前記第1の端子と前記第2の端子の接続切り替えを行う切り替えトランジスタと、
    前記切り替えトランジスタの制御信号が入力される第4の端子と、
    前記第4の端子を介して信号が入力された際に前記切り替えトランジスタを介して出力される送信信号を取り込み、入力された信号の電圧レベルよりも高い昇圧電圧を発生し、前記切り替えトランジスタの制御端子に印加する昇圧回路と、
    前記切り替えトランジスタを介して出力される送信信号の信号レベルが低下する際に、前記切り替えトランジスタのドレイン電圧が、前記切り替えトランジスタのゲート電圧よりも大きくならないように制御を行う電圧制御手段を備えたことを特徴とする高周波電力増幅モジュール。
  6. アンテナ接続切り替え回路と、
    送信回路から送信信号を受取り、増幅された送信信号を前記アンテナ接続切り替え回路に供給する高周波電力増幅器とを具備し、
    前記アンテナ接続切り替え回路は、
    アンテナに結合される第1の端子と、
    前記高周波電力増幅器に結合される第2の端子と、
    受信回路に結合される第3の端子と、
    前記第1の端子と前記第2の端子との間に設置され、前記第1の端子と前記第2の端子の接続切り替えを行う切り替えトランジスタと、
    前記切り替えトランジスタの制御信号が入力される第4の端子と、
    前記第4の端子を介して信号が入力された際に前記切り替えトランジスタを介して出力される送信信号を取り込み、入力された信号の電圧レベルよりも高い昇圧電圧を発生し、前記切り替えトランジスタの制御端子に印加する昇圧回路と、
    前記切り替えトランジスタを介して出力される送信信号の信号レベルが低下する際に、前記切り替えトランジスタのドレイン電圧が、前記切り替えトランジスタのゲート電圧よりも大きくならないように制御を行い、前記切り替えトランジスタが動作しない際に、前記切り替えトランジスタのゲートにチャージされた電荷を放電する電圧制御手段を備えたことを特徴とする高周波電力増幅モジュール。
  7. 請求項6記載の高周波電力増幅モジュールにおいて、
    前記電圧制御手段は、
    前記制御端子に前記切り替えトランジスタの制御を行う制御回路から出力される制御信号に基づいて、前記切り替えトランジスタに制御信号を出力する制御信号供給部と、
    前記切り替えトランジスタを介して出力される送信信号の信号レベルが低下する際に、前記切り替えトランジスタのゲートにチャージされた電荷の放電を阻止する放電阻止部と、
    前記切り替えトランジスタが動作しない際に、前記切り替えトランジスタのゲートにチャージされた電荷を基準電位に放電する放電部とよりなること特徴とする高周波電力増幅モジュール。
  8. 請求項7記載の高周波電力増幅モジュールにおいて、
    前記制御信号供給部、および前記放電部は、前記アンテナ接続切り替え回路に設けられ、
    前記放電阻止部は、
    前記アンテナ接続切り替え回路に外付けされた構成からなることを特徴とする高周波電力増幅モジュール。
  9. 請求項6記載の高周波電力増幅モジュールにおいて、
    前記電圧制御手段が、前記アンテナ接続切り替え回路に設けられたことを特徴とする高周波電力増幅モジュール。
  10. 請求項5〜9のいずれか1項に記載の高周波電力増幅モジュールにおいて、
    前記切り替えトランジスタは、HEMTであることを特徴とする高周波電力増幅モジュール。
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