JP2018067801A - 移相器，半導体集積回路およびフェーズドアレイシステム - Google Patents

移相器，半導体集積回路およびフェーズドアレイシステム Download PDF

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Abstract

【課題】移相器の出力信号の位相誤差を低減できる移相器，半導体集積回路およびフェーズドアレイシステムの提供を図る。
【解決手段】第１位相の第１信号Ｉを受け取って増幅する第１可変増幅回路３ｉと、前記第１位相とは異なる第２位相の第２信号Ｑを受け取って増幅する第２可変増幅回路３qと、を有し、前記第１可変増幅回路の出力および前記第２可変増幅回路の出力を位相合成して、所望の位相を有する出力信号Ｓoを生成する移相器であって、前記第１可変増幅回路および前記第２可変増幅回路は、それぞれ複数の増幅回路ユニット３１(３１〜３ｎ)を含み、前記増幅回路ユニットは、ゲートが接地された第１トランジスタＴr1、および、ソースが接地された第２トランジスタＴr2を含み、前記第１可変増幅回路および前記第２可変増幅回路の利得は、オンする前記増幅回路ユニットの数に基づいて規定される。
【選択図】図７

Description

本明細書で言及する実施例は、移相器，半導体集積回路およびフェーズドアレイシステムに関する。
近年、ミリ波帯のフェーズドアレイシステムとして、例えば、ビームフォーミングやビームステアリングが利用されている。例えば、第５世代移動通信システム(５Ｇ：5th Generation)における基地局と端末間の通信や車載レーダーに利用される。
このようなフェーズドアレイシステムには、移相器が設けられ、例えば、９０°だけ位相が異なる２つの信号を増幅する２つの増幅器の利得を制御して合成することにより、所望の位相(２つの信号の中間の位相)を有する信号を生成するようになっている。
ところで、従来、フェーズドアレイシステムに適用する移相器としては、様々な提案がなされている。
特開平０８−２１３８７８号公報 特開平０８−２１３８７９号公報 特開２００１−２４４７４６号公報 特公昭６１−０２５２５５号公報
上述したように、フェーズドアレイシステムに適用する移相器としては、異なる位相信号を増幅する増幅器の利得を制御することで、所望の位相信号を生成している。しかしながら、例えば、ミリ波帯の信号を増幅する増幅器では、寄生的な容量に起因して、増幅率により位相がばらつき、移相器の出力信号の位相誤差が大きくなる。
このように、移相器の出力信号の位相誤差が大きいと、例えば、ミリ波帯の通信やレーダーに使用されるフェーズドアレイシステム(ビームフォーミングやビームステアリング)の実現が困難になる。
一実施形態によれば、第１位相の第１信号を受け取って増幅する第１可変増幅回路と、前記第１位相とは異なる第２位相の第２信号を受け取って増幅する第２可変増幅回路と、を有する移相器が提供される。前記移相器は、前記第１可変増幅回路の出力および前記第２可変増幅回路の出力を位相合成して、所望の位相を有する出力信号を生成する。
前記第１可変増幅回路および前記第２可変増幅回路は、それぞれ複数の増幅回路ユニットを含み、前記増幅回路ユニットは、ゲートが接地された第１トランジスタ、および、ソースが接地された第２トランジスタを含む。前記第１可変増幅回路および前記第２可変増幅回路の利得は、オンする前記増幅回路ユニットの数に基づいて規定される。
開示の移相器，半導体集積回路およびフェーズドアレイシステムは、移相器の出力信号の位相誤差を低減できるという効果を奏する。
図１は、フェーズドアレイシステムを模式的に示す図である。 図２は、図１に示すフェーズドアレイシステムに適用される移相器(半導体集積回路)の一例を示すブロック図である。 図３は、図２に示す移相器の要部を示すブロック図である。 図４は、図３に示す移相器の動作を説明するための図である。 図５は、図３に示す移相器の課題を説明するための図(その１)である。 図６は、図３に示す移相器の課題を説明するための図(その２)である。 図７は、本実施形態に係る移相器を説明するための図である。 図８は、本実施形態に係る移相器の変形例を説明するための図(その１)である。 図９は、本実施形態に係る移相器の変形例を説明するための図(その２)である。 図１０は、移相器の第１実施例を示すブロック図である。 図１１は、図１０に示す第１実施例の移相器の一例を示す回路図である。 図１２は、移相器の第２実施例の要部を示す回路図である。 図１３は、本実施形態に係る移相器の全体構成の一例を示すブロック図である。 図１４は、本実施形態に係る移相器の動作例を説明するための図である。
まず、移相器，半導体集積回路およびフェーズドアレイシステムの実施例を詳述する前に、図１〜図６を参照して、移相器，半導体集積回路およびフェーズドアレイシステムの一例を説明する。
図１は、フェーズドアレイシステムを模式的に示す図であり、図１(a)および図１(b)は、車載レーダーと第５世代移動通信システムを模式的に示す。
図１(a)に示されるように、フェーズドアレイシステムは電波に指向性を持たせたり、その方向を制御することができるため、例えば、自動車１００のフロント部１１０に搭載されるレーダーに適用され、前方の車両１０１や歩行者１０２を検出し、相対速度や距離を測定して、自動車１００の速度やブレーキ等を制御する。すなわち、ミリ波の指向性を動的に制御して、瞬時に障害物を避けるといった自動車１００の制御を行うものである。
また、図１(b)に示されるように、フェーズドアレイシステムは、例えば、基地局２００と、携帯電話２０１，タブレット２０２，スマートフォン２０３およびスマートフォンに相当する機能を有するドローン２０４との間の通信に適用される可能性がある。すなわち、電波(ミリ波)を細く絞って特定の方向に向けて集中的に発射することで、電波強度を向上させるものである。
図２は、図１に示すフェーズドアレイシステムに適用される移相器(半導体集積回路)の一例を示すブロック図であり、上述したビームフォーミングやビームステアリングを実現するフェーズドアレイシステム１を示すものである。
図２に示されるように、移相器１１は、４つ(複数)の可変位相部１１ａ〜１１ｄを有する。可変位相部１１ａ〜１１ｄの出力は、それぞれ増幅器１２ａ〜１２ｄで増幅され、位相が０°，(０＋α)°，(０＋２α)°，(０＋３α)°の信号(ミリ波)がアンテナ１３ａ〜１３ｄを介して出力される。すなわち、隣接したアンテナ１３ａ〜１３ｄから異なる位相(α°)の電波(ミリ波)を放射することで、所定の方向へ電波を出力する。なお、車載レーダーとしては、例えば、３°の位相精度(２００ｍ先を１ｍの誤差で識別可能な精度)が求められる。
ここで、参照符号１０は、発振器を示し、それぞれの可変位相部１１ａ〜１１ｄに対して、例えば、互いに位相が９０°異なる(位相が直交した)発振信号を出力する。例えば、発振器１０は、可変位相部１１ａに対して位相が０°と９０°の信号を出力し、可変位相部１１ｂに対して位相が９０°と１８０°の信号を出力する。さらに、発振器１０は、可変位相部１１ｃに対して、位相が１８０°と２７０°の信号を出力し、可変位相部１１ｄに対して、位相が２７０°と３６０°(０°)の信号を出力する。
また、参照符号２０は、半導体集積回路を示し、半導体集積回路２０は、移相器１１(可変位相部１１ａ〜１１ｄ)および増幅器１２ａ〜１２ｄを含む。なお、可変位相部１１ａ〜１１ｄの数は４つに限定されるものではなく、また、発振器１０から出力される信号の位相差も可変位相部の数に応じて変化し得るのはいうまでもない。
図３は、図２に示す移相器の要部(各可変位相部１１ａ〜１１ｄ)を示すブロック図である。上述したように、例えば、可変位相部１１ａは、発振器１０から出力された位相が０°の信号Ｉと位相が９０°の信号Ｑを受け取って増幅する可変増幅回路ＡＭＰ１，ＡＭＰ２を含む。ここで、可変増幅回路ＡＭＰ１およびＡＭＰ２は、それぞれ利得が可変制御されるようになっている。
図４は、図３に示す移相器の動作を説明するための図であり、位相が直交した(０°と９０°の)信号Ｉ，Ｑを受け取る可変位相部１１ａの動作を説明するためのものである。ここで、図４(a)は、位相が０°と９０°の信号を出力する場合を示し、図４(b)は、位相が４５°の信号を出力する場合を示し、そして、図４(c)は、位相が３０°の信号を出力する場合を示す。
図４(a)に示されるように、位相が０°の信号を出力する場合には、位相が０°の信号Ｉを受け取って増幅する可変増幅回路ＡＭＰ１の利得を最大(『１』)とし、位相が９０°の信号Ｑを受け取って増幅する可変増幅回路ＡＭＰ２の利得を最小(『０』)とする。また、位相が９０°の信号を出力する場合には、位相が０°の信号Ｉを増幅する可変増幅回路ＡＭＰ１の利得を最小(『０』)とし、位相が９０°の信号Ｑを増幅する可変増幅回路ＡＭＰ２の利得を最大(『１』)とする。
また、図４(b)に示されるように、位相が４５°の信号を出力する場合には、可変増幅回路ＡＭＰ１およびＡＭＰ２の利得を『１』とする。さらに、図４(c)に示されるように、位相が３０°の信号を出力する場合には、可変増幅回路ＡＭＰ１の利得を『３1/2／２』とし、可変増幅回路ＡＭＰ２の利得を『１／２』とする。
このように、位相が０°と９０°の信号Ｉ，Ｑを受け取る可変位相部１１ａは、ＡＭＰ１，ＡＭＰ２の利得を制御し、その利得制御された位相が直交する出力(出力信号)をベクトル合成(位相合成)する。これにより、位相が０°〜９０°の間の任意の位相を有する信号を出力することができる。同様にして、可変位相部１１ａ〜１１ｄにより、０°〜３６０°の間の任意の位相を有する信号を出力することが可能になる。
図５および図６は、図３に示す移相器の課題を説明するための図である。ここで、図５(a)は、可変増幅回路ＡＭＰ１およびＡＭＰ２における実際の利得の変化を説明するためのものであり、図５(b)は、目的(理想)とする出力信号の位相θを示し、図５(c)は、実際の出力信号の位相θ'を示すものである。なお、図５(a)において、参照符号Ｌiは、実際の可変増幅回路ＡＭＰ１の利得(増幅)特性を示し、Ｌqは、実際の可変増幅回路ＡＭＰ２の利得特性を示す。
図５(a)の特性曲線Ｌiで示されるように、位相が０°の信号Ｉに関して、ＡＭＰ１の利得を『１』から『０』へ小さくすると、利得が大きい個所(Ｐ１)では０°の位相を維持できるが、利得が小さい個所(Ｐ２)では、０°の位相を維持するのが難しくなる。これは、例えば、信号Ｉを増幅するＡＭＰ１における寄生容量に起因するものであり、特性曲線Ｌqで示されるように、信号Ｑを増幅するＡＭＰ２でも同様である。
そのため、図５(b)に示されるような位相θの出力信号を生成しようとしても、図５(c)に示されるような位相θ'の出力信号が生成される。すなわち、実際に生成される出力信号の位相θ'は、ＡＭＰ１およびＡＭＰ２の出力の合成ベクトルによる位相ずれが含まれることになる。従って、図５(b)のような目的とする出力信号の位相θと、図５(c)のような実際に生成される出力信号の位相θ'の間の位相誤差は、例えば、図６のようになる。
図６において、領域Ｒ１は、位相が９０°の信号Ｑを増幅する可変増幅回路ＡＭＰ２の利得がある程度小さく、ＡＭＰ２の寄生容量の影響により位相のずれが大きくなる個所である。また、領域Ｒ１は、位相が０°の信号Ｉを増幅する可変増幅回路ＡＭＰ１の利得がある程度小さく、ＡＭＰ１の寄生容量の影響により位相のずれが大きくなる個所である。
このように、ＡＭＰ１およびＡＭＰ２により、異なる位相の信号の利得を制御して所望の位相を有する出力信号を生成する場合には、移相器１１(１１ａ〜１１ｄ)の出力信号の位相誤差が大きくなる。そのため、このような位相誤差を低減して高い精度の位相制御を実現するには、例えば、チップ毎，ウエハ毎，若しくは，ロット毎に制御電圧をテーブル化して目的とする位相と実際に生成される位相を一致させることが求められる。
しかしながら、制御電圧をテーブル化するには、チップやウエハ毎等に測定を行うことになり、また、デバイス特性は温度依存性を有するため、例えば、使用時の温度変化に応じてテーブルを読み込み直すといったことも求められ、デジタル部の処理が複雑になる。
以下、移相器，半導体集積回路およびフェーズドアレイシステムの実施例を、添付図面を参照して詳述する。図７は、本実施形態に係る移相器を説明するための図である。ここで、図７(a)は、前述した図２における可変位相部１１ａ(１，１１ａ〜１１ｄ)に対応する構成を示し、図７(b)は、図７(a)における可変増幅回路３i(３)を示し、そして、図７(c)は、図７(b)における増幅回路ユニット３１(３１〜３ｎ)を示す。
図７(a)に示されるように、例えば、可変位相部１１ａにおいて、可変増幅回路３iには、入力ノードＮinを介して発振器１０からの位相が０°の信号Ｉが入力され、可変増幅回路３qには、Ｎinを介して発振器１０からの位相が９０°の信号Ｑが入力される。なお、移相器１１は、例えば、少なくとも１つの可変位相部１１ａを含んでいればよい。また、可変位相部１１ａ(移相器１１)に与える信号の位相は、異なる位相の信号であれば、９０°に限定されないのはもちろんである。
可変増幅回路３iの出力および可変増幅回路３qの出力は、位相合成されてノードＮo(Ｎout)を介して出力信号Ｓoとして出力される。なお、位相合成された出力信号Ｓoは、例えば、図２を参照して説明したように、後段の増幅器１２ａで増幅された後、アンテナ１３ａから放射される。
ここで、位相が０°の信号Ｉを増幅する可変増幅回路３iは、位相が９０°の信号Ｑを増幅する可変増幅回路３qと同様の構成を有し、以下の説明では、主に可変増幅回路３として説明する。また、各増幅回路ユニット３１〜３ｎも同様の構成を有し、以下の説明では、主に増幅回路ユニット３１として説明する。
図７(b)に示されるように、可変増幅回路３(３i，３q)は、複数の増幅回路ユニット３１(３１〜３ｎ)を有し、オンする増幅回路ユニット３１〜３ｎの数に基づいて利得(増幅率)が規定され、出力信号Ｓoutが生成される。また、図７(c)に示されるように、増幅回路ユニット３１(３１〜３ｎ)は、ゲートＧが接地(ＧＮＤ)されたトランジスタ(第１トランジスタ)Ｔr1および、ソースＳが接地されたトランジスタ(第２トランジスタ)Ｔr2を含む。
第１トランジスタＴr1のソースＳおよび第２トランジスタＴr2のゲートＧは、入力ノードＮinに共通接続され、第１トランジスタＴr1のドレインＤおよび第２トランジスタＴr2のドレインＤは、出力ノードＮoutに共通接続されている。ここで、増幅動作を行う(オンする)増幅回路ユニット３１は、第１および第２トランジスタＴr1，Ｔr2の一方をオンして他方をオフする。また、増幅動作を行わない(オフする)増幅回路ユニット３１は、第１および第２トランジスタＴr1，Ｔr2の両方をオンする。このように、オンする増幅回路ユニット３１は、２つのトランジスタＴr1，Ｔr2の一方をオンし、オフする増幅回路ユニット３１は、両方をオンし、そして、オンする増幅回路ユニット３１の数により利得を制御することで、出力信号の位相誤差を低減することができる。
なお、ゲートＧが接地された第１トランジスタＴr1をオン／オフ制御すると、回路のインピーダンス特性に影響を与えやすいので、第１トランジスタＴr1は、常にオン状態とし、第２トランジスタＴr2をオン／オフ制御するのが好ましい。すなわち、第１トランジスタＴr1は常にオン状態とし、第２トランジスタＴr2をオンして増幅回路ユニット３１の増幅動作を停止(オフ)させ、第２トランジスタＴr2をオフして増幅回路ユニット３１の増幅動作を行わせる(オンする)のが好ましい。
ここで、増幅回路ユニット３１においてオン／オフ制御する第２トランジスタＴr2は、１個ずつ制御することもできるが、例えば、巾乗個(１，２，４，８，１６，…)ずつ纏めて制御することもできる。具体的に、８個の第２トランジスタＴr2をオフさせて、８個の増幅回路ユニット３１を動作(オン)させる場合、これら８個の第２トランジスタＴr2に対して、各トランジスタＴr2をオンさせる制御電圧を同時に印加することができる。
図７(c)では、第１および第２トランジスタＴr1，Ｔr2をｎチャネル型ＭＯＳトランジスタとしているが、これに限定されるものではない。すなわち、図７(c)では、例えば、使用するミリ波帯の周波数や価格等を考慮して、ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタを適用しているが、ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタでもよく、また、化合物半導体を始めとする様々なトランジスタを適用してもよい。なお、上述した本実施形態の移相器は、例えば、図２を参照して説明した半導体集積回路２０、或いは、フェーズドアレイシステム１に適用することができる。
図８および図９は、本実施形態に係る移相器の変形例を説明するための図であり、９０°ハイブリッド移相器を示す。図８に示されるように、本実施形態は、例えば、位相が０°の信号Ｉとその反転論理の信号／Ｉ、並びに、位相が９０°の信号Ｑとその反転論理の信号／Ｑに対して、可変位相部１４ａ〜１４ｄにより利得を制御し、それらの出力を位相合成することもできる。なお、図８では、発振器の出力を受け取るノードをＮinとし、可変位相部１４ａ，１４ｂに対して、トランスフォーマー(交流結合素子)を介して異なる位相信号を入力するノードをＮin1としている。また、可変位相部１４ｂ，１４ｄに対して、トランスフォーマーを介して異なる位相信号を入力するノードをＮin2とし、可変位相部１４ａ〜１４ｄの出力を位相合成して出力信号Ｓoを出力するノードをＮoとしている。
ここで、図９(a)は、位相が０°，９０°，１８０°および２７０°の信号を出力する場合を示し、図９(b)は、位相が４５°の信号を出力する場合を示し、そして、図９(c)は、位相が２１０°の信号を出力する場合を示す。なお、可変位相部１４ａ〜１４ｄは、例えば、図７を参照して説明したのと同様の構成を有し、オンする増幅回路ユニット３１の数により各位相信号の利得を制御するようになっている。これにより、０°〜３６０°の間の任意の位相を有する出力信号Ｓoを生成することができる。
図１０は、移相器の第１実施例を示すブロック図であり、図１１は、図１０に示す第１実施例の移相器の一例を示す回路図である。なお、図１０は、図７(b)を参照して説明した可変増幅回路３の前段に前段整合回路４１を設け、可変増幅回路３の後段に後段整合回路４２を設けたものに相当する。ここで、図１１(a)は、前段整合回路４１の一例を示し、図１１(b)は、第１実施例の移相器の要部(増幅回路ユニット３１の一例)を示し、そして、図１１(c)は、後段整合回路４２の一例を示す。
図１１(a)に示されるように、前段整合回路４１は、キャパシタＣ11〜Ｃ14、インダクタＬ11、および、抵抗Ｒ11，Ｒ12を含み、図１１(b)に示されるように、後段整合回路４２は、キャパシタＣ21〜Ｃ25、インダクタＬ21，Ｌ22、および、抵抗Ｒ21，Ｒ22を含む。なお、これらの整合回路４１，４２は、様々な変形および変更が可能なのはいうまでもない。
図１１(b)に示されるように、増幅回路ユニット３１は、ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタＴn1およびＴn2、キャパシタＣ31〜Ｃ34、および、インダクタＬ31〜Ｌ34を含む。トランジスタ(第１トランジスタ)Ｔn1のゲートＧは、キャパシタＣ33を介して接地(ＧＮＤ)され、Ｔn1のソースＳは、入力ノードＮinに接続され、Ｔn1のドレインＤは、キャパシタＣ34を介して出力ノードＮoutに接続されている。トランジスタ(第２トランジスタ)Ｔn2のソースＳは、接地され、Ｔn2のゲートＧは、キャパシタＣ34を介して入力ノードＮinに接続され、Ｔn2のドレインＤは、キャパシタＣ32を介して出力ノードＮoutに接続されている。
図１１(b)において、ノードＮ31〜Ｎ34は、制御電圧印加ノードを示し、ノードＮ31は、インダクタＬ31を介して、Ｔn2のゲートＧとキャパシタＣ31の接続個所に繋がれ、このノードＮ31により、第２トランジスタＴn2のゲート電圧を制御する。また、ノードＮ33は、インダクタＬ33を介して、Ｔn1のゲートＧとキャパシタＣ33の接続個所に繋がれ、このノードＮ33により、第１トランジスタＴn1のゲート電圧を制御する。なお、ノードＮ32は、インダクタＬ32を介して、Ｔn2のドレインＤとキャパシタＣ32の接続個所に繋がれ、ノードＮ34は、インダクタＬ34を介して、Ｔn1のドレインＤとキャパシタＣ34の接続個所に繋がれている。
ここで、増幅回路ユニット３１をオフ状態にするとき、すなわち、増幅回路ユニット３１に増幅動作を行わせないときには、２つのトランジスタＴn1およびＴn2を両方ともオン(動作)させる。そのために、例えば、ノードＮ32およびＮ34に対して『１Ｖ』の電圧を印加し、ノードＮ33に対して『０．８５Ｖ』の電圧を印加し、ノードＮ31に対して『０．８Ｖ』の電圧を印加する。すなわち、ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタＴn1およびＴn2のドレイン電圧を『１Ｖ』とし、Ｔn1のゲート電圧を『０．８５Ｖ』でＴn2のゲート電圧を『０．８Ｖ』として、Ｔn1およびＴn2を両方ともオン状態として利得が得られないようにする。
そして、増幅回路ユニット３１に増幅動作を行わせる(オン状態)場合には、２つのトランジスタＴn1およびＴn2の一方をオフする。なお、第２トランジスタＴn2をオフさせて増幅動作を行わせる方が好ましいのは、前述した通りであり、例えば、ノードＮ31の電圧を『０Ｖ』、すなわち、第２トランジスタＴn2のゲート電圧を『０Ｖ』にしてＴn2をオフする。
これにより、Ｔn1がオンでＴn2がオフしている増幅回路ユニット３１は、増幅動作を行うことになり、この増幅動作を行う増幅回路ユニット３１の数により、その位相の入力信号(Ｉ，Ｑ)の利得(増幅率)を制御する。すなわち、可変増幅回路３(３ｉ，３ｑ)の利得は、オンする増幅回路ユニット３１の数に基づいて規定される。ここで、ノードＮ31〜Ｎ34に印加する電圧値は、単なる例であり、様々に変更することができるのはもちろんである。
図１２は、移相器の第２実施例の要部を示す回路図であり、図１１(b)を参照して説明した増幅回路ユニット３１において、ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタＴn1およびＴn2を、ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタＴp1およびＴp2としたものに相当する。なお、キャパシタＣ31〜Ｃ34およびインダクタＬ31〜Ｌ34の接続は、図１１(b)と同様である。
図１２に示す第２実施例の移相器(増幅回路ユニット３１)において、オフ状態にするとき、すなわち、増幅回路ユニット３１に増幅動作を行わせないときには、２つのトランジスタＴp1およびＴp2を両方とも動作(オン)させる。そのために、例えば、ノードＮ31に対して『−０．８Ｖ』、ノードＮ32に対して『−１Ｖ』、ノードＮ33に対して『−０．８５Ｖ』、そして、ノードＮ34に対して『−１Ｖ』の電圧をそれぞれ印加する。
そして、増幅回路ユニット３１をオン状態にする(増幅動作行わせる)場合には、２つのトランジスタＴp1およびＴp2の一方をオフする。なお、図１２に示す回路でも、第２トランジスタＴp2をオフさせて増幅動作を行わせる方が好ましいのは、上述したのと同様である。すなわち、ゲートＧが接地された第１トランジスタＴp1をオン／オフ制御すると、回路のインピーダンス特性に影響を与えやすいので、Ｔp1は常にオン状態とし、第２トランジスタＴp2をオン／オフ制御するのが好ましい。具体的に、例えば、ノードＮ31の電圧を『０Ｖ』、すなわち、第２トランジスタＴp2のゲート電圧を『０Ｖ』にしてＴp2をオフし、増幅回路ユニット３１に増幅動作を行わせる。
図１３は、本実施形態に係る移相器の全体構成の一例を示すブロック図である。図１３と、前述した図１０の比較から明らかなように、図１３に示す移相器では、第１Ｄ／Ａコンバータ５１および第２Ｄ／Ａコンバータ５２が設けられている。ここで、第１Ｄ／Ａコンバータ５１は、例えば、複数の増幅回路ユニット３１〜３ｎにおけるゲート接地のトランジスタ(第１トランジスタＴr1，Ｔn1，Ｔp1)のゲート電圧を制御する。また、第２Ｄ／Ａコンバータ５２は、例えば、複数の増幅回路ユニット３１〜３ｎにおけるソース接地のトランジスタ(第２トランジスタＴr2，Ｔn2，Ｔp2)のゲート電圧を制御する。
なお、複数の増幅回路ユニット３１〜３ｎにおいて、ソース接地のトランジスタ(第２トランジスタ)のゲート電圧を制御してオン／オフ制御する場合には、第２Ｄ／Ａコンバータ５２のみを設けることもできる。ただし、増幅動作を行う増幅回路ユニットと増幅動作を行わない増幅回路ユニットにおいて、オン状態を維持する第１トランジスタ(Ｔr1，Ｔn1，Ｔp1)のゲート電圧を変化させるのが好ましい場合には、第１Ｄ／Ａコンバータ５１も設けることもできる。
図１４は、本実施形態に係る移相器の動作例を説明するための図であり、図１４(a)は、前提とする可変位相部１１ａ(移相器１１)の構成を示し、図１４(b)は、第１および第２可変増幅回路３ｉ，３ｑにおけるオン状態の増幅回路ユニット３１の数を示す。ここで、図１４(a)は、前述した図７(a)と同様のものである。また、位相が０°の信号Ｉを増幅する第１可変増幅回路３ｉおよび位相が９０°の信号Ｑを増幅する第２可変増幅回路３ｑは、それぞれ１００個の増幅回路ユニット(３１)を有するものとする。
図１４(b)に示されるように、例えば、位相が０°の出力信号Ｓoを生成する場合、第１可変増幅回路３ｉに含まれる１００個全ての増幅回路ユニットをオン状態とし、第２可変増幅回路３ｑに含まれる１００個全ての増幅回路ユニットをオフ状態とする。一方、位相が９０°の出力信号Ｓoを生成する場合、第１可変増幅回路３ｉに含まれる１００個全ての増幅回路ユニットをオフ状態とし、第２可変増幅回路３ｑに含まれる１００個全ての増幅回路ユニットをオン状態とする。
また、例えば、位相が４５°の出力信号Ｓoを生成する場合、第１可変増幅回路３ｉに含まれる５５個の増幅回路ユニットおよび第２可変増幅回路３ｑに含まれる５５個の増幅回路ユニットをオン状態とする。さらに、例えば、位相が３０°の出力信号Ｓoを生成する場合、第１可変増幅回路３ｉに含まれる６７個の増幅回路ユニットおよび第２可変増幅回路３ｑに含まれる３９個の増幅回路ユニットをオン状態とする。このようにして、所望の位相を有する出力信号Ｓoを生成することができる。
なお、本実施形態において、第１および第２トランジスタは、ｐまたはｎチャネル型のＭＯＳトランジスタに限定されるものではなく、化合物半導体等の様々なトランジスタを適用することができる。また、本実施形態の移相器は、半導体集積回路、或いは、フェーズドアレイシステムに適用することが可能である。
以上、実施形態を説明したが、ここに記載したすべての例や条件は、発明および技術に適用する発明の概念の理解を助ける目的で記載されたものであり、特に記載された例や条件は発明の範囲を制限することを意図するものではない。また、明細書のそのような記載は、発明の利点および欠点を示すものでもない。発明の実施形態を詳細に記載したが、各種の変更、置き換え、変形が発明の精神および範囲を逸脱することなく行えることが理解されるべきである。
以上の実施例を含む実施形態に関し、さらに、以下の付記を開示する。
（付記１）
第１位相の第１信号を受け取って増幅する第１可変増幅回路と、
前記第１位相とは異なる第２位相の第２信号を受け取って増幅する第２可変増幅回路と、を有し、前記第１可変増幅回路の出力および前記第２可変増幅回路の出力を位相合成して、所望の位相を有する出力信号を生成する移相器であって、
前記第１可変増幅回路および前記第２可変増幅回路は、それぞれ複数の増幅回路ユニットを含み、
前記増幅回路ユニットは、ゲートが接地された第１トランジスタ、および、ソースが接地された第２トランジスタを含み、
前記第１可変増幅回路および前記第２可変増幅回路の利得は、オンする前記増幅回路ユニットの数に基づいて規定される、
ことを特徴とする移相器。
（付記２）
前記第１トランジスタのソース、および、前記第２トランジスタのゲートは、前記第１信号または前記第２信号が入力される入力ノードに共通接続され、
前記第１トランジスタのドレイン、および、前記第２トランジスタのドレインは、前記出力信号を出力する出力ノードに共通接続され、
オンする前記増幅回路ユニットは、前記第１および第２トランジスタの一方をオンして他方をオフし、
オフする前記増幅回路ユニットは、前記第１および第２トランジスタの両方をオンする、
ことを特徴とする付記１に記載の移相器。
（付記３）
オンする前記増幅回路ユニットは、前記第１トランジスタをオンして前記第２トランジスタをオフする、
ことを特徴とする付記２に記載の移相器。
（付記４）
前記第１および第２トランジスタのオン／オフ制御は、それぞれのトランジスタのゲート電圧を制御して行う、
ことを特徴とする付記２または付記３に記載の移相器。
（付記５）
前記第２トランジスタのゲートは、前記入力ノードからの信号を受け取ると共に、第１インダクタを介して前記２トランジスタのオン／オフ制御を行う電圧が入力される第１制御ノードに接続される、
ことを特徴とする付記４に記載の移相器。
（付記６）
前記第１トランジスタのソースは、前記入力ノードからの信号を受け取り、前記第１トランジスタのゲートは、第１キャパシタを介して接地されると共に、第２インダクタを介して前記第１トランジスタのオン／オフ制御を行う電圧が入力される第２制御ノードに接続される、
ことを特徴とする付記４または付記５に記載の移相器。
（付記７）
前記第１および第２トランジスタは、ＭＯＳトランジスタである、
ことを特徴とする付記１乃至付記６のいずれか１項に記載の移相器。
（付記８）
前記第１および第２トランジスタは、ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタである、
ことを特徴とする付記７に記載の移相器。
（付記９）
前記第１および第２信号は、ミリ波信号である、
ことを特徴とする付記１乃至付記８のいずれか１項に記載の移相器。
（付記１０）
前記第１位相と前記第２位相は、９０°の位相差を有し、
９０°の位相差を有する前記第１信号および前記第２信号を受け取る前記第１可変増幅回路および前記第２可変増幅回路は、４組設けられている、
ことを特徴とする付記１乃至付記９のいずれか１項に記載の移相器。
（付記１１）
付記１乃至付記１０のいずれか１項に記載の移相器と、
前記移相器からの信号を増幅する増幅器と、を有する、
ことを特徴とする半導体集積回路。
（付記１２）
付記１１に記載の半導体集積回路と、
前記移相器に入力する前記第１および第２信号を発振する発振器と、
前記増幅器から出力される信号を放射するアンテナと、を有する、
ことを特徴とするフェーズドアレイシステム。
１ フェーズドアレイシステム
３，３ｉ，３ｑ 可変増幅回路
１０ 発振器
１１ 移相器
１１ａ〜１１ｄ 可変位相部
１２ａ〜１２ｄ 増幅器
１３ａ〜１３ｄ アンテナ
３１〜３ｎ 増幅回路ユニット
１００ 自動車
１０１ 前方の車両
１０２ 歩行者
１１０ フロント部
２００ 基地局
２０１ 携帯電話
２０２ タブレット
２０３ スマートフォン
２０４ ドローン
Ｔr1，Ｔn1，Ｔp1 第１トランジスタ(ゲート接地トランジスタ)
Ｔr2，Ｔn2，Ｔp2 第２トランジスタ(ソース接地トランジスタ)

Claims (8)

  1. 第１位相の第１信号を受け取って増幅する第１可変増幅回路と、
    前記第１位相とは異なる第２位相の第２信号を受け取って増幅する第２可変増幅回路と、を有し、前記第１可変増幅回路の出力および前記第２可変増幅回路の出力を位相合成して、所望の位相を有する出力信号を生成する移相器であって、
    前記第１可変増幅回路および前記第２可変増幅回路は、それぞれ複数の増幅回路ユニットを含み、
    前記増幅回路ユニットは、ゲートが接地された第１トランジスタ、および、ソースが接地された第２トランジスタを含み、
    前記第１可変増幅回路および前記第２可変増幅回路の利得は、オンする前記増幅回路ユニットの数に基づいて規定される、
    ことを特徴とする移相器。
  2. 前記第１トランジスタのソース、および、前記第２トランジスタのゲートは、前記第１信号または前記第２信号が入力される入力ノードに共通接続され、
    前記第１トランジスタのドレイン、および、前記第２トランジスタのドレインは、前記出力信号を出力する出力ノードに共通接続され、
    オンする前記増幅回路ユニットは、前記第１および第２トランジスタの一方をオンして他方をオフし、
    オフする前記増幅回路ユニットは、前記第１および第２トランジスタの両方をオンする、
    ことを特徴とする請求項１に記載の移相器。
  3. オンする前記増幅回路ユニットは、前記第１トランジスタをオンして前記第２トランジスタをオフする、
    ことを特徴とする請求項２に記載の移相器。
  4. 前記第１および第２トランジスタのオン／オフ制御は、それぞれのトランジスタのゲート電圧を制御して行う、
    ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の移相器。
  5. 前記第２トランジスタのゲートは、前記入力ノードからの信号を受け取ると共に、第１インダクタを介して前記２トランジスタのオン／オフ制御を行う電圧が入力される第１制御ノードに接続される、
    ことを特徴とする請求項４に記載の移相器。
  6. 前記第１トランジスタのソースは、前記入力ノードからの信号を受け取り、前記第１トランジスタのゲートは、第１キャパシタを介して接地されると共に、第２インダクタを介して前記第１トランジスタのオン／オフ制御を行う電圧が入力される第２制御ノードに接続される、
    ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の移相器。
  7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の移相器と、
    前記移相器からの信号を増幅する増幅器と、を有する、
    ことを特徴とする半導体集積回路。
  8. 請求項７に記載の半導体集積回路と、
    前記移相器に入力する前記第１および第２信号を発振する発振器と、
    前記増幅器から出力される信号を放射するアンテナと、を有する、
    ことを特徴とするフェーズドアレイシステム。
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