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

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。

Images