JP2009100025A - Semiconductor device - Google Patents

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Mitsuyuki Ashida
田 光 行 芦
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device capable of suppressing an increase in area and deterioration in distortion characteristics of an LNA (low noise amplifier), and achieving input impedance compensation. <P>SOLUTION: The semiconductor device 10 includes: a mode selecting section 14 for selecting a high gain mode and a low gain mode; a first amplifier 11 operating when the mode selecting section selects the high gain mode; a second amplifier 12 operating when the mode selecting section selects the low gain mode; and an impedance adjustment section 13 having a compensating element C131 for compensating the input capacity of the first amplifier 11, a switch SW132 for turning ON the compensating element C131 when the mode selecting section 14 selects the low gain mode, and a linear element C133 for releasing the distortion characteristics of the compensating element C131. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置に関し、特に、無線通信システムなどの通信装置に用いられる増幅器の利得を切り替える半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device that switches a gain of an amplifier used in a communication device such as a wireless communication system.

携帯端末や無線LANのような無線通信システムにおいて高精度な通信を実現するには、受送信する信号を正確に増幅し且つ変復調する必要がある為、無線通信システムを構成する各回路ブロックが良好なNF特性や歪み特性を満たすことが重要となる。   In order to realize highly accurate communication in a wireless communication system such as a portable terminal or a wireless LAN, it is necessary to accurately amplify and modulate / demodulate a signal to be transmitted / received. Therefore, each circuit block constituting the wireless communication system is good. It is important to satisfy proper NF characteristics and distortion characteristics.

一般的には、大きな信号が入力する時の信号精度は、主に各回路ブロックの線形性に左右される為、大きな信号によって後段の回路ブロックが歪むことのないように出力信号レベルを調整する必要がある。例えば、低雑音増幅器(以下「LNA」という)においては、良好なNF特性を満たすように利得を切り替える必要がある。   In general, the signal accuracy when a large signal is input depends mainly on the linearity of each circuit block. Therefore, the output signal level is adjusted so that the subsequent circuit block is not distorted by the large signal. There is a need. For example, in a low noise amplifier (hereinafter referred to as “LNA”), it is necessary to switch the gain so as to satisfy good NF characteristics.

従来の高周波回路の利得切り替え手法には、カスコード構成の増幅器においてカスコード段を流れる出力電流比を切り替える手法1、縮退インダクタの大きさを可変させる手法2及び利得モードに応じて回路構成を変える手法3などがある。   Conventional high-frequency circuit gain switching methods include a method 1 for switching an output current ratio flowing through a cascode stage in a cascode amplifier, a method 2 for changing the size of a degenerate inductor, and a method 3 for changing a circuit configuration according to a gain mode. and so on.

手法1は、カスコード構成の増幅器に適用される。しかし、手法1では、その線形性は主に入力段のソース接地回路のトランスコンダクタンス(Gm)の非線形性に依存する為、線形性自体は高利得時/低利得時で変わらず、良好なNF特性が得られるが、大きな信号が入力する時の線形性が損なわれるという課題がある。   Method 1 is applied to an amplifier having a cascode configuration. However, in Method 1, since the linearity mainly depends on the non-linearity of the transconductance (Gm) of the source grounded circuit of the input stage, the linearity itself does not change at high gain / low gain, and good NF Although characteristics can be obtained, there is a problem that the linearity when a large signal is input is impaired.

手法2は、線形性の改善効果が得られる。しかし、手法2では、利得切り替えに伴う入力インピーダンスの変動を補償する入力インピーダンス補償を行う必要がある為、補償用回路の追加により損失等が増え、NF特性が劣化するという課題がある。   Method 2 can improve the linearity. However, in Method 2, since it is necessary to perform input impedance compensation that compensates for fluctuations in input impedance caused by gain switching, there is a problem in that loss and the like increase due to the addition of a compensation circuit and NF characteristics deteriorate.

手法3は、幾つかの回路構成が考えられる。例えば、高利得時にはソース接地回路を使用し、低利得時にはゲート接地回路を使用する構成が考えられる。しかし、手法3では、各利得モードに対して独立したバイアスを確保する事及び高利得モード時に低利得モード用のブロック側で発生する雑音の影響が見えないようにする事を目的として、大きな容量とスイッチを使用して信号経路を切る必要がある為、面積が増大し、入力インピーダンス補償を必要とし且つスイッチの非線形性の影響を受けやすくなり低利得モード側の歪み特性が劣化するという課題がある。   In Method 3, several circuit configurations can be considered. For example, a configuration in which a common source circuit is used at high gain and a common gate circuit is used at low gain is conceivable. However, Method 3 has a large capacity for the purpose of ensuring an independent bias for each gain mode and making the effects of noise generated on the block side for the low gain mode invisible in the high gain mode. Since it is necessary to cut the signal path using a switch, the area increases, input impedance compensation is required, and it is easy to be affected by the nonlinearity of the switch, resulting in degradation of distortion characteristics on the low gain mode side. is there.

例えば、特許文献1は、利得モードに応じて回路構成を変える手法3を開示している。しかし、特許文献1は、入力インピーダンス補償を実現し且つスイッチ事態の非線形性を抑制するものではない。
特開2002−124842号公報
For example, Patent Document 1 discloses Method 3 for changing the circuit configuration in accordance with the gain mode. However, Patent Literature 1 does not realize input impedance compensation and does not suppress non-linearity in a switch situation.
JP 2002-124842 A

本発明の目的は、面積の増加及びLNAの歪み特性の劣化を抑制し且つ入力インピーダンス補償を実現する半導体装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide a semiconductor device that suppresses an increase in area and deterioration of distortion characteristics of an LNA and realizes input impedance compensation.

本発明の第1態様によれば、高利得モード及び低利得モードを選択するモード選択部と、前記モード選択部によって高利得モードが選択された場合に動作する第1増幅器と、前記モード選択部によって低利得モードが選択された場合に動作する第2増幅器と、前記第1増幅器の入力容量を補償する補償素子、前記モード選択部によって低利得モードが選択された場合に前記補償素子をONにするスイッチ及び前記補償素子の歪特性を緩和する線形素子を有するインピーダンス調整部と、を備えることを特徴とする半導体装置が提供される。   According to the first aspect of the present invention, a mode selection unit that selects a high gain mode and a low gain mode, a first amplifier that operates when a high gain mode is selected by the mode selection unit, and the mode selection unit A second amplifier that operates when the low gain mode is selected by the first amplifier, a compensation element that compensates for the input capacitance of the first amplifier, and the compensation element is turned on when the low gain mode is selected by the mode selection unit. And a impedance adjustment unit having a linear element that relaxes the distortion characteristics of the compensation element.

本発明によれば、面積の増加及びLNAの歪み特性の劣化を抑制し且つ入力インピーダンス補償を実現することができる。   According to the present invention, it is possible to suppress an increase in area and deterioration of distortion characteristics of an LNA and realize input impedance compensation.

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。なお、以下の実施例は、本発明の実施の一形態であって、本発明の範囲を限定するものではない。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The following examples are one embodiment of the present invention and do not limit the scope of the present invention.

はじめに、本発明の実施例1について説明する。   First, Example 1 of the present invention will be described.

図1は、本発明の実施例1に係る半導体装置10の回路構成を示す回路図である。   FIG. 1 is a circuit diagram showing a circuit configuration of a semiconductor device 10 according to the first embodiment of the present invention.

本発明の実施例1に係る半導体装置10は、第1増幅器(以下「LNA」という)11、第2LNA12、インピーダンス調整部13及びモード選択部14を備えている。   The semiconductor device 10 according to the first embodiment of the present invention includes a first amplifier (hereinafter referred to as “LNA”) 11, a second LNA 12, an impedance adjustment unit 13, and a mode selection unit 14.

第1LNA11は、モード選択部14によって高利得モードが選択された場合に動作する増幅器である。第1LNA11は、キャパシタC111、MOSトランジスタM112、インダクタL113及びスイッチSW114を備えている。MOSトランジスタM112は、ソース接地回路である。   The first LNA 11 is an amplifier that operates when the high gain mode is selected by the mode selection unit 14. The first LNA 11 includes a capacitor C111, a MOS transistor M112, an inductor L113, and a switch SW114. The MOS transistor M112 is a common source circuit.

第2LNA12は、モード選択部14によって低利得モードが選択された場合に動作する増幅器である。第2LNA12は、キャパシタC121、MOSトランジスタM122、共振回路123及びスイッチSW124を備えている。MOSトランジスタM122は、ゲート接地回路である。   The second LNA 12 is an amplifier that operates when the low gain mode is selected by the mode selection unit 14. The second LNA 12 includes a capacitor C121, a MOS transistor M122, a resonance circuit 123, and a switch SW124. The MOS transistor M122 is a gate ground circuit.

共振回路123は、所望の周波数帯において十分に高いインピーダンスとなるように、インダクタ及びキャパシタからなるLC並列共振回路、インダクタ並びにトランジスタを有する。   The resonant circuit 123 includes an LC parallel resonant circuit including an inductor and a capacitor, an inductor, and a transistor so that the impedance is sufficiently high in a desired frequency band.

図1の半導体装置10において、第1LNA11がMOSトランジスタM112からなるソース接地回路で構成され、第2LNA12がMOSトランジスタM122からなるゲート接地回路で構成されているので、高利得モード時には第1LNA11がソース接地回路として動作し、低利得モード時には第2LNA12がゲート接地回路として動作する。   In the semiconductor device 10 of FIG. 1, since the first LNA 11 is configured with a source grounded circuit including a MOS transistor M112 and the second LNA 12 is configured with a gate grounded circuit including a MOS transistor M122, the first LNA 11 is grounded in the high gain mode. The second LNA 12 operates as a gate ground circuit in the low gain mode.

インピーダンス調整部13は、補償素子C131、スイッチSW132及び線形素子C133を備えている。   The impedance adjustment unit 13 includes a compensation element C131, a switch SW132, and a linear element C133.

補償素子C131は、第1LNA11の入力容量(以下「入力インピーダンス」という)を補償するための素子である。補償素子C131の入力インピーダンス補償用の容量の素子値は、第1LNA11のMOSトランジスタM112の入力インピーダンスであるキャパシタC111の素子値と等しくなるように設定されている。   The compensation element C131 is an element for compensating the input capacitance (hereinafter referred to as “input impedance”) of the first LNA 11. The element value of the capacitance for compensating the input impedance of the compensation element C131 is set to be equal to the element value of the capacitor C111 which is the input impedance of the MOS transistor M112 of the first LNA11.

スイッチSW132は、モード選択部14によって低利得モードが選択された場合に補償素子C131をONにする。   The switch SW132 turns on the compensation element C131 when the mode selection unit 14 selects the low gain mode.

モード選択部14は、高利得モード及び低利得モードを選択する。モード選択部14は、スイッチSW141,142を備えている。モード選択部14は、高利得モードを選択する場合には、スイッチSW141をオンにし且つスイッチSW142をオフにする。モード選択部14は、低利得モードを選択する場合には、第1LNA11の入力インピーダンスが0になるようにスイッチSW141をオフにし且つスイッチSW142をオンにする。モード選択部14は、高利得モード又は低利得モードを切り替える際に、第1LNA11のトランジスタM112又は第2LNA12のトランジスタM122のゲート・ソース間電位が十分低くなるようにする。   The mode selection unit 14 selects a high gain mode and a low gain mode. The mode selection unit 14 includes switches SW141 and 142. When selecting the high gain mode, the mode selection unit 14 turns on the switch SW141 and turns off the switch SW142. When selecting the low gain mode, the mode selection unit 14 turns off the switch SW141 and turns on the switch SW142 so that the input impedance of the first LNA 11 becomes zero. The mode selection unit 14 makes the gate-source potential of the transistor M112 of the first LNA 11 or the transistor M122 of the second LNA 12 sufficiently low when switching between the high gain mode and the low gain mode.

図2A〜Cは、本発明の実施例1に係る半導体装置10の動作を説明する概略図である。   2A to 2C are schematic diagrams illustrating the operation of the semiconductor device 10 according to the first embodiment of the invention.

図2Aは、図1の半導体装置10の第1LNA11、第2LNA12及びインピーダンス調整部13を部分的に示している。なお、ブロックAは、第2LNA12のキャパシタC121、MOSトランジスタM122及び共振回路123である。   2A partially shows the first LNA 11, the second LNA 12, and the impedance adjustment unit 13 of the semiconductor device 10 of FIG. The block A is the capacitor C121, the MOS transistor M122, and the resonance circuit 123 of the second LNA 12.

図2Bは、図2Aの半導体装置10の高利得モード時の状態を示している。図2Bに示されるように、本発明の実施例1に係る半導体装置10は、高利得モード時には第1LNA11のスイッチSW114をオンにし且つ第2LNA12のスイッチSW124及びインピーダンス調整部13のスイッチSW132をオフにしてソース接地回路のみが動作するようにする。   FIG. 2B shows a state of the semiconductor device 10 of FIG. 2A in the high gain mode. As shown in FIG. 2B, the semiconductor device 10 according to the first embodiment of the present invention turns on the switch SW114 of the first LNA 11 and turns off the switch SW124 of the second LNA 12 and the switch SW132 of the impedance adjustment unit 13 in the high gain mode. So that only the source grounding circuit operates.

図2Cは、図2Aの半導体装置10の低利得モード時の状態を示している。図2Cに示されるように、本発明の実施例1に係る半導体装置10は、低利得モード時には第2LNA12のスイッチSW124及びインピーダンス調整部13のスイッチSW132をオンにし且つ第1LNA11のスイッチSW114をオフにしてゲート接地回路のみが動作するようにする。   FIG. 2C shows a state of the semiconductor device 10 of FIG. 2A in the low gain mode. 2C, in the semiconductor device 10 according to the first embodiment of the present invention, in the low gain mode, the switch SW124 of the second LNA 12 and the switch SW132 of the impedance adjustment unit 13 are turned on and the switch SW114 of the first LNA 11 is turned off. So that only the gate grounding circuit operates.

次に、本発明の実施例1に係る半導体装置10の入力インピーダンスについて説明する。   Next, the input impedance of the semiconductor device 10 according to the first embodiment of the present invention will be described.

図2Aの第1LNA11の入力インピーダンスZinは、式1に示される。式1に示されるように、入力インピーダンスZinの実部はG/Cgsで表される。

Figure 2009100025
The input impedance Z in of the first LNA 11 in FIG. As shown in Equation 1, the real part of the input impedance Z in is expressed as G m L s / C gs .
Figure 2009100025

本発明の実施例1に係る半導体装置10は、高利得モードの時に所望の特性インピーダンスZに対して入力整合をとった場合には、利得を切り替える時の入力インピーダンス変動を補償する為に、第2LNA12の入力インピーダンスの実部もZになるように第2LNA12のMOSトランジスタM122を動作させる。 The semiconductor device 10 according to the first embodiment of the present invention, when taking input matching for the desired characteristic impedance Z 0 at the time of the high gain mode, in order to compensate for the input impedance change when switching the gain, the real part of the input impedance of the 2LNA12 also operate the MOS transistor M122 of the 2LNA12 such that Z 0.

本発明の実施例1によれば、第1LNA11のゲート・ソース間に接続される線形素子C133に対して、第1LNA11のキャパシタC111と同じ素子値を持つ補償素子C131とスイッチSW132とが直列に接続された構成からなるブロックが並列に接続された構成を有するインピーダンス調整部13により、従来と比べて、損失の低減及びスイッチSW132の非線形性の緩和が実現でき、ひいては、面積の増加及びLNAの歪み特性の劣化を抑制し且つ入力インピーダンス補償を達成することができる。   According to the first embodiment of the present invention, the compensation element C131 having the same element value as the capacitor C111 of the first LNA 11 and the switch SW132 are connected in series to the linear element C133 connected between the gate and the source of the first LNA 11. The impedance adjustment unit 13 having a configuration in which blocks having the same configuration are connected in parallel can achieve a reduction in loss and a reduction in nonlinearity of the switch SW132 as compared with the prior art, and consequently an increase in area and distortion of the LNA. It is possible to suppress deterioration of characteristics and achieve input impedance compensation.

次に、本発明の実施例2について説明する。本発明の実施例1は、キャパシタ、MOSトランジスタ及び共振回路からなるブロックを含む第2増幅器(以下「LNA」という)を備える半導体装置の例であるが、本発明の実施例2は、アッテネータを含む第2LNAを備える半導体装置の例である。なお、本発明の実施例1と同様の内容についての説明は省略する。   Next, a second embodiment of the present invention will be described. The first embodiment of the present invention is an example of a semiconductor device including a second amplifier (hereinafter referred to as “LNA”) including a block including a capacitor, a MOS transistor, and a resonance circuit, but the second embodiment of the present invention includes an attenuator. It is an example of a semiconductor device provided with the 2nd LNA containing. In addition, the description about the content similar to Example 1 of this invention is abbreviate | omitted.

図3は、本発明の実施例2に係る半導体装置20の回路構成を示す回路図である。   FIG. 3 is a circuit diagram showing a circuit configuration of the semiconductor device 20 according to the second embodiment of the present invention.

本発明の実施例2に係る半導体装置20は、第1LNA21、第2LNA22、インピーダンス調整部23及びモード選択部24を備えている。   The semiconductor device 20 according to the second embodiment of the present invention includes a first LNA 21, a second LNA 22, an impedance adjustment unit 23, and a mode selection unit 24.

第1LNA21は、モード選択部24によって高利得モードが選択された場合に動作する増幅器である。第1LNA21は、キャパシタC211、MOSトランジスタM212、インダクタL213及びスイッチSW214を備えている。MOSトランジスタMは、ソース接地回路である。   The first LNA 21 is an amplifier that operates when the high gain mode is selected by the mode selection unit 24. The first LNA 21 includes a capacitor C211, a MOS transistor M212, an inductor L213, and a switch SW214. The MOS transistor M is a source grounding circuit.

第2LNA22は、モード選択部24によって低利得モードが選択された場合に動作する増幅器である。第2LNA22は、アッテネータATT221及びスイッチSW224を備えている。第2LNA22は、高利得モード時にはソース接地回路として動作し、低利得モード時にはアッテネータATT221により利得を減衰させるように動作する。   The second LNA 22 is an amplifier that operates when the low gain mode is selected by the mode selection unit 24. The second LNA 22 includes an attenuator ATT 221 and a switch SW 224. The second LNA 22 operates as a source ground circuit in the high gain mode, and operates to attenuate the gain by the attenuator ATT 221 in the low gain mode.

インピーダンス調整部23は、補償素子C231、スイッチSW232及び線形素子C233を備えている。   The impedance adjustment unit 23 includes a compensation element C231, a switch SW232, and a linear element C233.

補償素子C231は、第1LNA21の入力容量(以下「入力インピーダンス」という)を補償するための素子である。補償素子C231の入力インピーダンス補償用の容量の素子値は、第1LNA21のMOSトランジスタM212の入力インピーダンスであるキャパシタC211の素子値と等しくなるように設定されている。   The compensation element C231 is an element for compensating the input capacitance (hereinafter referred to as “input impedance”) of the first LNA 21. The element value of the capacitance for compensating the input impedance of the compensation element C231 is set to be equal to the element value of the capacitor C211 which is the input impedance of the MOS transistor M212 of the first LNA 21.

スイッチSW232は、モード選択部24によって低利得モードが選択された場合に補償素子C231をONにする。   The switch SW232 turns on the compensation element C231 when the low gain mode is selected by the mode selection unit 24.

モード選択部24は、高利得モード及び低利得モードを選択する。モード選択部24は、高利得モードを選択する場合には、図示されないスイッチをオンにする。モード選択部24は、低利得モードを選択する場合には、第1LNA21の入力インピーダンスが0になるように図示されないスイッチをオフにする。   The mode selection unit 24 selects a high gain mode and a low gain mode. The mode selection unit 24 turns on a switch (not shown) when selecting the high gain mode. When selecting the low gain mode, the mode selection unit 24 turns off a switch (not shown) so that the input impedance of the first LNA 21 becomes zero.

本発明の実施例2に係る半導体装置20は、高利得モード時には第1LNA21のスイッチ214をオンにし且つ第2LNA22のスイッチSW224及びインピーダンス調整部23のスイッチSW232をオフにしてソース接地回路のみが動作するようにする。   In the semiconductor device 20 according to the second embodiment of the present invention, in the high gain mode, the switch 214 of the first LNA 21 is turned on, the switch SW224 of the second LNA 22 and the switch SW232 of the impedance adjustment unit 23 are turned off, and only the source grounding circuit operates. Like that.

本発明の実施例2に係る半導体装置20は、低利得モード時には第1LNA21のスイッチSW214をオフにして第2LNA22のアッテネータATT221のみが動作するようにする。   In the semiconductor device 20 according to the second embodiment of the present invention, in the low gain mode, the switch SW214 of the first LNA 21 is turned off so that only the attenuator ATT221 of the second LNA 22 operates.

図4は、図3のアッテネータATT221の構成例を示す回路図である。   FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration example of the attenuator ATT 221 of FIG.

図3のアッテネータATT221は、例えば図4に示すような素子221A〜Cからなるπ型アッテネータである。アッテネータATT221は、スイッチSWを介してグラウンドGNDに接続され、低利得モード時にオンとなるように制御する。アッテネータATT221は、モード選択部24によって低利得モードが選択された時に、高利得モードが選択された時の実数部(抵抗成分)と同じ入力インピーダンスとなるように制御する。   The attenuator ATT 221 in FIG. 3 is a π-type attenuator composed of elements 221A to 221C as shown in FIG. 4, for example. The attenuator ATT 221 is connected to the ground GND through the switch SW and controls to be turned on in the low gain mode. The attenuator ATT 221 performs control so that when the low gain mode is selected by the mode selection unit 24, the input impedance is the same as the real part (resistance component) when the high gain mode is selected.

なお、素子221A〜Cは、キャパシタであっても良いし、抵抗であっても良い。   Note that the elements 221A to 221C may be capacitors or resistors.

本発明の実施例2に係る半導体装置20は、高利得モードの時に所望の特性インピーダンスZに対して入力整合をとった場合には、利得を切り替える時の入力インピーダンス変動を補償する為に、第2LNA22の入力インピーダンスの実部もZになるように第2LNA22のアッテネータATT221の入力インピーダンスを調整する。 The semiconductor device 20 according to the second embodiment of the present invention, when taking input matching for the desired characteristic impedance Z 0 at the time of the high gain mode, in order to compensate for the input impedance change when switching the gain, the real part of the input impedance of the 2LNA22 also adjust the input impedance of the attenuator ATT221 of the 2LNA22 such that Z 0.

また、アッテネータATT221のみを信号経路に挿入して動作させる場合には、減衰量と同等のアイソレーション量しか確保できない。その為、回路動作に影響のないアイソレーション量を確保できる程度の減衰量に設定される。   Further, when only the attenuator ATT 221 is inserted into the signal path and operated, only an isolation amount equivalent to the attenuation amount can be secured. For this reason, the attenuation is set such that an isolation amount that does not affect the circuit operation can be secured.

本発明の実施例2によれば、アッテネータATT221によって第2LNA22が構成された場合であっても、本発明の実施例1と同様の効果を得ることができる。   According to the second embodiment of the present invention, even when the second LNA 22 is configured by the attenuator ATT221, the same effect as that of the first embodiment of the present invention can be obtained.

次に、本発明の実施例3について説明する。本発明の実施例1は、キャパシタ、MOSトランジスタ及び共振回路からなるブロックを含む第2増幅器(以下「LNA」という)を備える半導体装置の例であるが、本発明の実施例3は、フィルタを含む第2LNAを備える半導体装置の例である。なお、本発明の実施例1,2と同様の内容についての説明は省略する。   Next, Embodiment 3 of the present invention will be described. The first embodiment of the present invention is an example of a semiconductor device including a second amplifier (hereinafter referred to as “LNA”) including a block including a capacitor, a MOS transistor, and a resonance circuit, but the third embodiment of the present invention includes a filter. It is an example of a semiconductor device provided with the 2nd LNA containing. In addition, the description about the content similar to Example 1, 2 of this invention is abbreviate | omitted.

図5は、本発明の実施例3に係る半導体装置30の回路構成を示す回路図である。   FIG. 5 is a circuit diagram showing a circuit configuration of the semiconductor device 30 according to the third embodiment of the present invention.

本発明の実施例3に係る半導体装置30は、第1LNA31、第2LNA32、インピーダンス調整部33及びモード選択部34を備えている。   The semiconductor device 30 according to the third embodiment of the present invention includes a first LNA 31, a second LNA 32, an impedance adjustment unit 33, and a mode selection unit 34.

第1LNA31は、モード選択部34によって高利得モードが選択された場合に動作する増幅器である。第1LNA31は、キャパシタC311、MOSトランジスタM312、インダクタL313及びスイッチSW314を備えている。MOSトランジスタM312は、ソース接地回路である。   The first LNA 31 is an amplifier that operates when the high gain mode is selected by the mode selection unit 34. The first LNA 31 includes a capacitor C311, a MOS transistor M312, an inductor L313, and a switch SW314. The MOS transistor M312 is a source grounded circuit.

第2LNA32は、モード選択部34によって低利得モードが選択された場合に動作する増幅器である。第2LNA32は、キャパシタC321、MOSトランジスタM322、スイッチSW324、インダクタL325及びタンク326を備えている。MOSトランジスタM322は、ゲート接地回路である。   The second LNA 32 is an amplifier that operates when the low gain mode is selected by the mode selection unit 34. The second LNA 32 includes a capacitor C321, a MOS transistor M322, a switch SW324, an inductor L325, and a tank 326. The MOS transistor M322 is a gate ground circuit.

インダクタL325及びタンク236から構成されるフィルタは、モード選択部34によって低利得モードが選択された時に、高利得モードが選択された時の実数部(抵抗成分)と同じ入力インピーダンスとなるように制御する。   The filter composed of the inductor L325 and the tank 236 is controlled so that when the low gain mode is selected by the mode selection unit 34, the input impedance is the same as the real part (resistance component) when the high gain mode is selected. To do.

図5の半導体回路30において、第1LNA31がMOSトランジスタM312からなるソース接地回路で構成され、第2LNA32がMOSトランジスタM322からなるゲート接地回路で構成されているので、高利得モード時には第1LNA31がソース接地回路として動作し、低利得モード時には第2LNA32がゲート接地回路として動作する。   In the semiconductor circuit 30 of FIG. 5, since the first LNA 31 is configured by a source grounded circuit including a MOS transistor M312 and the second LNA 32 is configured by a gate grounded circuit including a MOS transistor M322, the first LNA 31 is grounded in the high gain mode. The second LNA 32 operates as a gate ground circuit in the low gain mode.

インピーダンス調整部33は、補償素子C331、スイッチSW332及び線形素子C333を備えている。   The impedance adjustment unit 33 includes a compensation element C331, a switch SW332, and a linear element C333.

補償素子C331は、第1LNA31の入力容量(以下「入力インピーダンス」という)を補償するための素子である。補償素子C331の入力インピーダンス補償用の容量の素子値は、第1LNA31のMOSトランジスタM312の入力インピーダンスであるキャパシタC311の素子値と等しくなるように設定されている。   The compensation element C331 is an element for compensating the input capacitance (hereinafter referred to as “input impedance”) of the first LNA 31. The element value of the capacitance for compensating the input impedance of the compensation element C331 is set to be equal to the element value of the capacitor C311 that is the input impedance of the MOS transistor M312 of the first LNA 31.

スイッチSW332は、モード選択部34によって低利得モードが選択された場合に補償素子C331をONにする。   The switch SW332 turns on the compensation element C331 when the low gain mode is selected by the mode selection unit 34.

モード選択部34は、高利得モード及び低利得モードを選択する。モード選択部34は、スイッチSW341,342を備えている。モード選択部34は、高利得モードを選択する場合には、スイッチSW341をオンにし且つスイッチSW342をオフにする。モード選択部34は、低利得モードを選択する場合には、第1LNA31の入力インピーダンスが0になるようにスイッチSW341をオフにし且つスイッチSW342をオンにする。モード選択部34は、高利得モード又は低利得モードを切り替える際に、第1LNA31のトランジスタM312又は第2LNA32のトランジスタM322のゲート・ソース間電位が十分低くなるようにする。   The mode selection unit 34 selects a high gain mode and a low gain mode. The mode selection unit 34 includes switches SW341 and 342. When selecting the high gain mode, the mode selection unit 34 turns on the switch SW341 and turns off the switch SW342. When selecting the low gain mode, the mode selection unit 34 turns off the switch SW341 and turns on the switch SW342 so that the input impedance of the first LNA 31 becomes zero. The mode selector 34 makes the gate-source potential of the transistor M312 of the first LNA 31 or the transistor M322 of the second LNA 32 sufficiently low when switching between the high gain mode and the low gain mode.

本発明の実施例3に係る半導体装置30は、高利得モードの時に所望の特性インピーダンスZに対して入力整合をとった場合には、利得を切り替える時の入力インピーダンス変動を補償する為に、第2LNA32の入力インピーダンスの実部もZになるように第2LNA32のMOSトランジスタM322を動作させる。また、第2LNA32には、第1LNA31のスイッチSW314をオフにした事により見えなくなるインダクタL313と同じ素子値のインダクタL325が端子Y´〜Z´間に挿入される。 The semiconductor device 30 according to the third embodiment of the present invention, when taking input matching for the desired characteristic impedance Z 0 at the time of the high gain mode, in order to compensate for the input impedance change when switching the gain, the real part of the input impedance of the 2LNA32 also operate the MOS transistor M322 of the 2LNA32 such that Z 0. Further, in the second LNA 32, an inductor L325 having the same element value as that of the inductor L313 that becomes invisible when the switch SW314 of the first LNA 31 is turned off is inserted between the terminals Y ′ to Z ′.

なお、本発明の実施例3に係る半導体装置30の動作は本発明の実施例1に係る半導体装置10の動作と同様であるので、説明を省略する。   The operation of the semiconductor device 30 according to the third embodiment of the present invention is the same as the operation of the semiconductor device 10 according to the first embodiment of the present invention, and a description thereof will be omitted.

本発明の実施例3によれば、インダクタL325及びタンク326を含むフィルタによって第2LNA32が構成された場合であっても、本発明の実施例1と同様の効果を得ることができる。   According to the third embodiment of the present invention, even when the second LNA 32 is configured by a filter including the inductor L325 and the tank 326, the same effect as that of the first embodiment of the present invention can be obtained.

図1は、本発明の実施例1に係る半導体装置10の回路構成を示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing a circuit configuration of a semiconductor device 10 according to the first embodiment of the present invention. A〜Cは、本発明の実施例1に係る半導体装置10の動作を説明する概略図である。FIGS. 4A to 4C are schematic diagrams illustrating the operation of the semiconductor device 10 according to the first embodiment of the invention. 本発明の実施例2に係る半導体装置20の回路構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the circuit structure of the semiconductor device 20 which concerns on Example 2 of this invention. 図3のアッテネータATT221の構成例を示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration example of an attenuator ATT 221 in FIG. 3. 本発明の実施例3に係る半導体装置30の回路構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the circuit structure of the semiconductor device 30 which concerns on Example 3 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10,20,30 半導体装置
11,21,31 第1LNA
12,22,32 第2LNA
13,23,33 インピーダンス調整部
14,24,34 モード選択部
10, 20, 30 Semiconductor devices 11, 21, 31 First LNA
12, 22, 32 2nd LNA
13, 23, 33 Impedance adjustment unit 14, 24, 34 Mode selection unit

Claims (5)

高利得モード及び低利得モードを選択するモード選択部と、
前記モード選択部によって高利得モードが選択された場合に動作する第1低雑音増幅器と、
前記モード選択部によって低利得モードが選択された場合に動作する第2増幅器と、
前記第1増幅器の入力容量を補償する補償素子、前記モード選択部によって低利得モードが選択された場合に前記補償素子をONにするスイッチ及び前記補償素子の歪特性を緩和する線形素子を有するインピーダンス調整部と、を備えることを特徴とする半導体装置。
A mode selector for selecting a high gain mode and a low gain mode;
A first low noise amplifier that operates when a high gain mode is selected by the mode selection unit;
A second amplifier that operates when a low gain mode is selected by the mode selection unit;
An impedance having a compensation element for compensating the input capacitance of the first amplifier, a switch for turning on the compensation element when a low gain mode is selected by the mode selection unit, and a linear element for relaxing distortion characteristics of the compensation element A semiconductor device, comprising: an adjustment unit;
前記補償素子は、前記第1増幅器の入力容量と等しい容量を持つ素子である請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the compensation element is an element having a capacitance equal to an input capacitance of the first amplifier. 前記第2増幅器は、前記第1増幅器と接続され、前記モード選択部によって低利得モードが選択された場合に動作するアッテネータを有する請求項1又は2に記載の半導体装置。   3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second amplifier includes an attenuator that is connected to the first amplifier and operates when a low gain mode is selected by the mode selection unit. 前記第2増幅器は、前記第1増幅器及び前記インピーダンス調整部と接続され、インダクタ及びタンクを含むフィルタを有する請求項1又は2に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the second amplifier includes a filter that is connected to the first amplifier and the impedance adjustment unit and includes an inductor and a tank. 前記第2増幅器は、前記モード選択部によって低利得モードが選択された場合において、入力インピーダンスの抵抗成分を前記モード選択部によって高利得モードが選択された場合の入力インピーダンスの抵抗成分と等しくなるように制御する請求項1乃至4の何れか1項に記載の半導体装置。   In the second amplifier, when the low gain mode is selected by the mode selection unit, the resistance component of the input impedance is equal to the resistance component of the input impedance when the high gain mode is selected by the mode selection unit. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is controlled as follows.
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