JP2013110588A

JP2013110588A - 増幅回路及び無線通信装置

Info

Publication number: JP2013110588A
Application number: JP2011254075A
Authority: JP
Inventors: Tadamasa Murakami; 忠正村上
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2011-11-21
Filing date: 2011-11-21
Publication date: 2013-06-06
Anticipated expiration: 2031-11-21
Also published as: CN103138684A; US20130128779A1; US8791756B2; KR101503974B1; KR20130056154A; CN103138684B; JP5967905B2

Abstract

【課題】ＮＦを増大させること無く、ＣＭＯＳＬＮＡ回路の非動作時に、ＣＭＯＳＬＮＡ回路に電流を流さないような構成とすることが可能な、増幅回路を提供する。
【解決手段】ゲート電極に、受信された無線信号を入力する信号入力端子が、ドレイン電極に電源端子が、ソース電極に接地端子がそれぞれ接続された入力トランジスタと、信号入力端子と入力トランジスタのゲート電極との間に設けられる第１スイッチと、電源端子と入力トランジスタのドレイン電極との間に設けられる第２スイッチと、を備え、入力トランジスタのゲート電極には所定のバイアス電圧が印加され、無線信号の受信時には、第１スイッチと第２スイッチとを同時にオンにして、無線信号の送信時には、所定のバイアス電圧を入力トランジスタのゲート電極に印加したまま、第１スイッチと第２スイッチとを同時にオフにすることを特徴とする、増幅回路が提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は、増幅回路及び無線通信装置に関する。

携帯電話や無線データ通信装置のような無線通信システムにおいて、受信側では受信した信号を増幅するための増幅回路が設けられる。そのような増幅回路の一つとして、例えばローノイズアンプ（ＬＮＡ）がある。ＬＮＡは、その回路自身が発生するノイズを出来る限り小さくして信号を増幅する回路であり、無線受信回路のフロントエンドに配置される必須の回路である（例えば特許文献１等参照）。

ＬＮＡをＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ；相補型金属酸化膜半導体）で実現することは、ＬＮＡの低価格化に対して大きな需要がある。そして、ＬＮＡの本来の役割から、ノイズフィギュア（ＮｏｉｓｅＦｉｇｕｒｅ：雑音指数）の低減と、妨害波を受け止めることができるような高い線形性が、常に求められる。

その一方で、ＣＭＯＳＬＮＡ回路を例えば時分割複信（ＴＤＤ；ＴｉｍｅＤｉｖｉｓｉｏｎＤｕｐｌｅｘ）に応用した際に、送信時におけるＣＭＯＳＬＮＡ回路の非動作時に、ＣＭＯＳＬＮＡ回路に電流を流さないような回路構成とすることは、消費電力低減の要請から必要性が高い。

特開特開２００８−２９５０８８号公報

シングルエンドＣＭＯＳＬＮＡ回路の非動作時に、ＣＭＯＳＬＮＡ回路に電流を流さないようにするには、従来はＬＮＡ回路の入力トランジスタのゲートバイアス電圧を、バイス回路側から、ソース電圧と同じ電圧（例えば接地電位）にする。

しかし、ＬＮＡ回路は通常、ゲート電圧から抵抗などを介したバイアス回路側のノードに大きな抵抗と容量が付いており、ゲートバイアス電圧を変化させるには、抵抗と容量とで決まる時定数に応じた時間がかかる。

ＣＭＯＳＬＮＡ回路を時分割複信に応用すると、ゲートバイアス電圧の変化が送受信の切換え時間に間に合わないといった不具合が生じる可能性がある。このような不具合を解決するために、ＬＮＡ回路の入力トランジスタの前段にスイッチを設ける方法も考えられるが、ＬＮＡ回路の入力トランジスタの前段にスイッチを設けると、ＬＮＡのＮＦが増大してしまうおそれがある。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、ＮＦを増大させること無く、ＣＭＯＳＬＮＡ回路の非動作時に、ＣＭＯＳＬＮＡ回路に電流を流さないような構成とすることが可能な、新規かつ改良された増幅回路及び無線通信装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、ゲート電極に、受信された無線信号を入力する信号入力端子が、ドレイン電極に電源端子が、ソース電極に接地端子がそれぞれ接続された入力トランジスタと、前記信号入力端子と前記入力トランジスタのゲート電極との間に設けられる第１スイッチと、前記電源端子と前記入力トランジスタのドレイン電極との間に設けられる第２スイッチと、を備え、前記入力トランジスタのゲート電極には所定のバイアス電圧が印加され、無線信号の受信時には、前記第１スイッチと前記第２スイッチとを同時にオンにして、無線信号の送信時には、前記所定のバイアス電圧を前記入力トランジスタのゲート電極に印加したまま、前記第１スイッチと前記第２スイッチとを同時にオフにすることを特徴とする、増幅回路が提供される。

かかる構成によれば、入力トランジスタは、ゲート電極に、受信された無線信号を入力する信号入力端子が、ドレイン電極に電源端子が、ソース電極に接地端子がそれぞれ接続されており、第１スイッチは、信号入力端子と入力トランジスタのゲート電極との間に設けられ、第２スイッチは、電源端子と入力トランジスタのドレイン電極との間に設けられる。入力トランジスタのゲート電極には所定のバイアス電圧が印加され、無線信号の受信時には、第１スイッチと第２スイッチとを同時にオンにして、無線信号の送信時には、所定のバイアス電圧を入力トランジスタのゲート電極に印加したまま、第１スイッチと第２スイッチとを同時にオフにする。かかる構成により、ＮＦを増大させること無く、増幅回路の非動作時に、当該増幅回路に電流を流さないような構成とすることが可能となる。

前記無線信号は、時分割複信により送受信されるようにしてもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、上記増幅回路を備えることを特徴とする、無線通信装置が提供される。

以上説明したように本発明によれば、ＮＦを増大させること無く、ＣＭＯＳＬＮＡ回路の非動作時に、ＣＭＯＳＬＮＡ回路に電流を流さないような構成とすることが可能な、新規かつ改良された増幅回路及び無線通信装置を提供することができる。

本発明の一実施形態にかかる無線通信装置１０の構成例を示す説明図である。本発明の一実施形態にかかる無線通信装置１０に含まれるＬＮＡ１４の構成例を示す説明図である。ドライバ回路に供給される制御電圧Ｖ１及びバイアス電圧Ｖｉｎの状態をグラフで示す説明図である。増幅回路に流れる電流の変化の様子をグラフで示す説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜１．本発明の一実施形態＞
［無線通信装置の構成例］
まず、本発明の一実施形態にかかる無線通信装置の構成例について説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる無線通信装置１０の構成例を示す説明図である。以下、図１を用いて、本発明の一実施形態にかかる無線通信装置１０の構成例について説明する。

図１に示したように、本発明の一実施形態にかかる無線通信装置１０は、アンテナ１１と、伝送線路１２と、インピーダンス整合回路１３と、ＬＮＡ１４と、ミキサ１５と、局部発振器１６と、フィルタ１７と、増幅器１８と、ＡＤ変換器１９と、デジタル復調器２０と、送信処理部２１と、を含んで構成される。

アンテナ１１は、電波を送信及び受信するものである。本実施形態では、無線通信装置１０は、ＧＨｚ帯の高周波信号、特に５ＧＨｚ帯の高周波信号を送受信する。アンテナ１１で受信された高周波信号は、伝送線路１２を通じてインピーダンス整合回路１３に送られる。

インピーダンス整合回路１３は、伝送線路１２への高周波信号の反射が最小となるようなインピーダンスマッチングを行う回路である。アンテナ１１で受信された高周波信号は、伝送線路１２を通じてインピーダンス整合回路１３に送られた後にＬＮＡ１４に送られる。

ＬＮＡ１４は、インピーダンス整合回路１３から送られてくる高周波信号を増幅する。上述したように、ＬＮＡ１４は、回路自身が発生するノイズを出来る限り小さくして信号を増幅する回路である。そして本実施形態では、ＬＮＡ１４はＣＭＯＳで実現される。ＬＮＡ１４で増幅された高周波信号はミキサ１５に送られる。

ミキサ１５は、ＬＮＡ１４で増幅された高周波信号と、局部発振器１６が出力する高周波信号とを乗算するものである。ミキサ１５で、ＬＮＡ１４で増幅された高周波信号と、局部発振器１６が出力する高周波信号とが乗算されることで、ＧＨｚ帯の高周波信号はＭＨｚ帯の信号に変換される。ミキサ１５は、ＭＨｚ帯の信号をフィルタ１７に出力する。

局部発振器１６は、所定の周波数の高周波信号を出力する。局部発振器１６が出力する高周波信号はミキサ１５に送られる。上述したように、ミキサ１５で、ＬＮＡ１４で増幅された高周波信号と、局部発振器１６が出力する高周波信号とが乗算されることで、ＧＨｚ帯の高周波信号はＭＨｚ帯の信号に変換される。

フィルタ１７は、ミキサ１５から出力される信号の内、所定の周波数領域のみを通過させる。フィルタ１７を通過した信号は増幅器１８に送られる。増幅器１８は、フィルタ１７を通過した信号を増幅させる。増幅器１８によって増幅された信号はＡＤ変換器１９に送られる。

ＡＤ変換器１９は、増幅器１８から送られるアナログ信号をデジタル信号に変換する。ＡＤ変換器１９によって変換されたデジタル信号はデジタル復調器２０に送られる。デジタル復調器２０は、ＡＤ変換器１９によって変換されたデジタル信号を復調する。デジタル復調器２０がデジタル信号を復調することで、無線通信装置１０は受信した高周波信号の内容を把握することができる。

送信処理部２１は、アンテナ１１から無線信号を送信するための各種処理を実行するものである。送信処理部２１が実行する各種処理には、例えば信号の変調、信号の増幅等が含まれる。送信処理部２１によって各種処理が施された信号は、アンテナ１１から送出される。

以上、図１を用いて、本発明の一実施形態にかかる無線通信装置１０の構成例について説明した。次に、本発明の一実施形態にかかる無線通信装置１０に含まれるＬＮＡ１４の構成例について説明する。

［ＬＮＡの構成例］
図２は、本発明の一実施形態にかかる無線通信装置１０に含まれるＬＮＡ１４の構成例を示す説明図である。以下、図２を用いて本発明の一実施形態にかかる無線通信装置１０に含まれるＬＮＡ１４の構成について説明する。

図２に示したように、本発明の一実施形態にかかる無線通信装置１０に含まれるＬＮＡ１４は、入力端子１０１と、インダクタ１０２と、抵抗１０３と、増幅回路１０４と、出力端子１０５と、ＭＯＳトランジスタスイッチ１０６と、ドライバ回路１０８と、キャパシタＣ１と、を含んで構成される。増幅回路１０４は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ１１１と、インダクタ１１２、１１３と、ＭＯＳトランジスタスイッチ１１４、１１５と、キャパシタＣ１１と、を含んで構成される。

なお図２には、ＬＮＡ１４の構成には含まれないが、ＭＯＳトランジスタスイッチ１０７と、キャパシタＣ２と、を併せて図示している。

入力端子１０１は、インピーダンス整合回路１３から送られてくる高周波信号が到達する端子である。入力端子１０１は、増幅回路１０４に含まれるＮチャネルＭＯＳＦＥＴ１１１のゲートに、インダクタ１０２を介して接続される。

抵抗１０３は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ１１１のゲートと、バイアス電源Ｖ３との間に設けられている。ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ１１１のゲートに所定のバイアス電圧Ｖｉｎが印加されることになる。

増幅回路１０４は、入力端子１０１が受けた高周波信号を増幅して、出力端子１０５へ出力する。上述したように、増幅回路１０４は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ１１１と、インダクタ１１２、１１３と、ＭＯＳトランジスタスイッチ１１４、１１５と、キャパシタＣ１１と、を含んで構成される。図２に示したように、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ１１１は、ドレインがインダクタ１１２の一端に、ゲートがインダクタ１０２を介して入力端子１０１に、ドレインがインダクタ１１３の一端に、それぞれ接続されている。

増幅回路１０４に含まれるＭＯＳトランジスタスイッチ１１４は、無線通信装置１０が送信処理を実行している間は、電源Ｖｄｄからの電流を遮断して、無線通信装置１０が送信処理を実行している間は電源Ｖｄｄからの電流を増幅回路に流すためのものである。

ＭＯＳトランジスタスイッチ１０６、１０７は、無線通信装置１０の機能を送信と受信とで排他的に切り替えるためのものである。すなわち、ＭＯＳトランジスタスイッチ１０６がオンになればＭＯＳトランジスタスイッチ１０７はオフになり、ＭＯＳトランジスタスイッチ１０６がオフになればＭＯＳトランジスタスイッチ１０７はオンになるように構成される。ＭＯＳトランジスタスイッチ１０７がオフになれば、送信処理部２１からの信号はアンテナ１１には送られず、ＭＯＳトランジスタスイッチ１０７がオンになれば、送信処理部２１からの信号はアンテナ１１に送られる。ＭＯＳトランジスタスイッチ１０６、１０７のオン・オフを切り替えるための電源は、同じ物を用いてもよく、別々のものを用いても良い。本実施形態では、ＭＯＳトランジスタスイッチ１０６、１０７のオン・オフを切り替えるための電源は、別々の電源Ｖ１、Ｖ２を用いるものとして図示している。

ドライバ回路１０８は、ＭＯＳトランジスタスイッチ１０６、１１４をオン・オフさせるために電圧を調整する回路である。ＭＯＳトランジスタスイッチ１０６、１１４は、ゲートが同一の制御電圧Ｖ１に、ドライバ回路１０８を介して接続されている。ＬＮＡ１４は、制御電圧Ｖ１が変化することでＭＯＳトランジスタスイッチ１０６、１１４をオン・オフさせることができる。

以上、図２を用いて本発明の一実施形態にかかる無線通信装置１０に含まれるＬＮＡ１４の構成について説明した。なお、本発明においては、送信時に電源Ｖｄｄからの電流Ｉｄｄの流入を停止させるＭＯＳトランジスタスイッチが設けられていれば、増幅回路１０４の構成は図２に示した例に限定されない。続いて、本発明の一実施形態にかかる無線通信装置１０に含まれるＬＮＡ１４の動作について説明する。

［ＬＮＡの動作］
本発明の一実施形態にかかる無線通信装置１０は、時分割複信によって通信する。従って無線通信装置１０は、送信と受信とを一定時間ごとに切り替える。

送信時には、無線通信装置１０は、ＭＯＳトランジスタスイッチ１０６、１１４をオフさせるように制御電圧Ｖ１を変化させ、ＭＯＳトランジスタスイッチ１０７をオンさせるように制御電圧Ｖ２を変化させる。これにより、図２のＭＯＳトランジスタスイッチ１０６、１１４がオフになり、ＭＯＳトランジスタスイッチ１０７がオンになることで、無線通信装置１０は送信系統のみが動作する。

一方、受信時には、無線通信装置１０は、ＭＯＳトランジスタスイッチ１０６、１１４をオンさせるように制御電圧Ｖ１を変化させ、ＭＯＳトランジスタスイッチ１０７をオフさせるように制御電圧Ｖ２を変化させる。これにより、図２のＭＯＳトランジスタスイッチ１０６、１１４がオンになり、ＭＯＳトランジスタスイッチ１０７がオフになることで、無線通信装置１０は受信系統のみが動作する。

ここで本実施形態では、バイアス電源Ｖ３の電圧は変化させない。従って、制御電圧Ｖ１の変化によりＭＯＳトランジスタスイッチ１０６、１１４のオン・オフの状態が変化した場合であっても、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ１１１のゲートには所定の正のバイアス電圧Ｖｉｎが印加され続ける。

図３は、ドライバ回路１０８に供給される制御電圧Ｖ１及びバイアス電圧Ｖｉｎの状態をグラフで示す説明図である。図３に示したグラフは、横軸が時刻を、縦軸が電圧を表している。

また図４は、増幅回路１０４に流れる電流の変化の様子をグラフで示す説明図である。図４に示したグラフは、横軸が時刻を、縦軸が電流を表している。

時刻ｔ１までは、制御電圧Ｖ１が０Ｖである。制御電圧Ｖ１が０Ｖのときは、ＭＯＳトランジスタスイッチ１０６、１１４がオフになっているので、無線通信装置１０の受信系統がオフになっている。時刻ｔ１で、制御電圧Ｖ１を所定の電圧に上げて、ＭＯＳトランジスタスイッチ１０６、１１４をオンさせると、無線通信装置１０の受信系統がオンになり、電源Ｖｄｄから電流Ｉｄｄが増幅回路１０４に流れる。

しかし時刻ｔ１になり、制御電圧Ｖ１の電圧値が変化しても、バイアス電圧Ｖｉｎは変化せず、一定のままである。

その後時刻ｔ２になり、制御電圧Ｖ１が０Ｖに変化すると、ＭＯＳトランジスタスイッチ１０６、１１４がオフになっているので、無線通信装置１０の受信系統がオフになっている。ＭＯＳトランジスタスイッチ１１４がオフになっているので、電源Ｖｄｄからは増幅回路１０４に電流が流れなくなる。

しかし時刻ｔ２になり、制御電圧Ｖ１の電圧値が変化しても、バイアス電圧Ｖｉｎは変化せず、一定のままである。

本発明の一実施形態にかかる無線通信装置１０は、時分割複信の送信時に、電源Ｖｄｄからの電流Ｉｄｄを遮断するためのスイッチを、ＬＮＡ１４の入力部分に配置していないので、ＬＮＡ１４のＮＦが劣化することはない。また、ＬＮＡ１４の出力である電源Ｖｄｄのノードは時定数が小さいので、ＭＯＳトランジスタスイッチ１１４を短い切り替え時間でオフにできる。

また、本発明の一実施形態にかかる無線通信装置１０は、時分割複信の送信時に、ＬＮＡ１４の入力電圧Ｖｉｎを０Ｖにする必要がなく、Ｖｉｎを正の電圧に保つことが出来る。時分割複信の送信時であってもＶｉｎを正の電圧に保ち続けることで、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ１１１のゲート−ソース間電圧およびゲート−ドレイン間電圧を負の電圧に保てる。

ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ１１１のゲート−ソース間電圧およびゲート−ドレイン間電圧を負の電圧に保てることで、送信時に例え大信号が受信系のＭＯＳトランジスタスイッチ１０６に流れ込んだとしても、アイソレーション特性を良好に保つことが出来る。言い換えれば、受信系のＭＯＳトランジスタスイッチ１０６がオフの状態で、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ１１１のゲート−ソース間電圧およびゲート−ドレイン間電圧を負の電圧に保つことで、送信信号の歪みが出にくくなる。

以上、本発明の一実施形態にかかる無線通信装置１０に含まれるＬＮＡ１４の動作について説明した。

＜２．まとめ＞
以上説明したように本発明の一実施形態によれば、ＬＮＡ１４の前段部分に、送信と受信とを切り替えるためのＭＯＳトランジスタスイッチを設け、送信と受信とが排他的に切り替わるように制御する。これによりＬＮＡ１４のＮＦの劣化を抑えつつ、送信時には、増幅回路１０４への電流の流入をストップすることができ、消費電力を低減させることができる。

そして本発明の一実施形態によれば、ＬＮＡ１４には所定のバイアス電圧Ｖｉｎが入力トランジスタであるＮチャネルＭＯＳＦＥＴ１１１のゲートに印加されるが、送信と受信とを切り替える際にも、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ１１１のゲートに印加するバイアス電圧Ｖｉｎは変化させない。

時分割複信の送信時であってもＶｉｎを正の電圧に保ち続けることで、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ１１１のゲート−ソース間電圧およびゲート−ドレイン間電圧を負の電圧に保てる。ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ１１１のゲート−ソース間電圧およびゲート−ドレイン間電圧を負の電圧に保てることで、送信時に例え大信号が受信系のＭＯＳトランジスタスイッチ１０６に流れ込んだとしても、アイソレーション特性を良好に保つことが出来る。すなわち、受信系のＭＯＳトランジスタスイッチ１０６がオフの状態で、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ１１１のゲート−ソース間電圧およびゲート−ドレイン間電圧を負の電圧に保つことで、送信信号の歪みが出にくくなる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１０無線通信装置
１１アンテナ
１２伝送線路
１３インピーダンス整合回路
１４ＬＮＡ
１５ミキサ
１６局部発振器
１７フィルタ
１８増幅器
１９ＡＤ変換器
２０デジタル復調器
２１送信処理部
１０１入力端子
１０２インダクタ
１０３抵抗
１０４増幅回路
１０５出力端子
１０６、１０７、１１４、１１５ＭＯＳトランジスタスイッチ
１０８ドライバ回路
１１１ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ
１１２、１１３インダクタ

Claims

ゲート電極に、受信された無線信号を入力する信号入力端子が、ドレイン電極に電源端子が、ソース電極に接地端子がそれぞれ接続された入力トランジスタと、
前記信号入力端子と前記入力トランジスタのゲート電極との間に設けられる第１スイッチと、
前記電源端子と前記入力トランジスタのドレイン電極との間に設けられる第２スイッチと、
を備え、
前記入力トランジスタのゲート電極には所定のバイアス電圧が印加され、
無線信号の受信時には、前記第１スイッチと前記第２スイッチとを同時にオンにして、無線信号の送信時には、前記所定のバイアス電圧を前記入力トランジスタのゲート電極に印加したまま、前記第１スイッチと前記第２スイッチとを同時にオフにすることを特徴とする、増幅回路。
前記無線信号は、時分割複信により送受信されることを特徴とする、請求項１に記載の増幅回路。
請求項１または２に記載の増幅回路を備えることを特徴とする、無線通信装置。