JP3365255B2 - 高周波信号受信回路 - Google Patents

高周波信号受信回路

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JP3365255B2 JP14885697A JP14885697A JP3365255B2 JP 3365255 B2 JP3365255 B2 JP 3365255B2 JP 14885697 A JP14885697 A JP 14885697A JP 14885697 A JP14885697 A JP 14885697A JP 3365255 B2 JP3365255 B2 JP 3365255B2
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    • H03DDEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
    • H03D7/00Transference of modulation from one carrier to another, e.g. frequency-changing
    • H03D7/12Transference of modulation from one carrier to another, e.g. frequency-changing by means of semiconductor devices having more than two electrodes
    • H03D7/125Transference of modulation from one carrier to another, e.g. frequency-changing by means of semiconductor devices having more than two electrodes with field effect transistors

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、移動体通信機器、
特に携帯電話における高周波信号の増幅および周波数変
換を行うための半導体回路に関するものである。 【0002】 【従来の技術】近年、携帯電話をはじめとする移動体通
信機器の普及にともない、移動体通信機器の高性能化、
特に、待ち受け時間の延長が要求されている。待ち受け
時間は、主に、高周波信号受信回路(フロントエンドI
C)の消費電力によって決まるため、この高周波信号受
信回路の低消費電力化が要望されている。 【0003】まず、従来の携帯電話の高周波信号受信回
路について説明する。図2は、3つの能動素子を有する
高周波信号受信回路のブロック図である。図2におい
て、互いに並列に接続された低雑音アンプ1およびロー
カルアンプ2がミキサー3にそれぞれ直列に接続されて
おり、これら3つの能動素子はそれぞれ定電圧源から直
接給電されている。これらの3つの能動素子は、高周波
特性を向上させる目的で、ガリウム砒素電界効果トラン
ジスタを用いて構成されている。 【0004】次に、この高周波受信回路の動作について
説明する。携帯電話のアンテナで受信された微弱な高周
波信号(周波数f1)が入力端子1aから低雑音アンプ
1に入力され、増幅された後、ミキサー3に入力され
る。また、局部発振器(図示せず)から発せられる定周
波信号(周波数f2)が入力端子2aからローカルアン
プ2に入力され、増幅された後、ミキサー3に入力され
る。そして、ミキサー3の出力端子3aからは中間周波
数f1−f2を有する合成信号が出力される。 【0005】この高周波信号受信回路の構成についてさ
らに詳しく説明する。図3は、図2においてブロック図
により示した従来の高周波信号受信回路の詳細な回路図
である。図3において、低雑音アンプ1は、ガリウム砒
素を用いた第1の電界効果トランジスタ4のゲート電極
4gがゲートバイアス抵抗5を介して接地され、ソース
電極4sが、互いに並列に接続されたバイパス容量素子
6と、第1の電界効果トランジスタ4のしきい値電圧の
ばらつきに起因するドレイン電流の不安定性を低減する
目的で設けられた自己バイアス抵抗7とを介して接地さ
れることにより構成されている。 【0006】ローカルアンプ2は、低雑音アンプ1と同
様に、第2の電界効果トランジスタ9のゲート電極9g
がゲートバイアス抵抗10を介して接地され、ソース電
極9sが、互いに並列に接続されたバイパス容量素子1
1と自己バイアス抵抗12とを介して接地されることに
より構成されている。 【0007】ミキサー3は、第3の電界効果トランジス
タ14のゲート電極14g1およびゲート電極14g2
それぞれゲートバイアス抵抗15または抵抗16を介し
て接地され、ソース電極14sが、互いに並列に接続さ
れたバイパス容量素子17および自己バイアス抵抗18
を介して接地されることにより構成されている。 【0008】また、ドレイン電極4dが結合容量素子8
を介してゲート電極14g1に接続され、ドレイン電極
9dが結合容量素子13を介してゲート電極14g2
接続されている。 【0009】入力端子1a、2aおよび出力端子3aは
それぞれゲート電極4g、9gおよびドレイン電極14
dに接続されている。 【0010】電源には電圧が3Vのリチウム電池19が
用いられ、ドレイン電極4d、9d、14dには、それ
ぞれ3Vの電圧が直接印加されている。 【0011】従来、高周波信号受信回路を低消費電力化
する手段としては、電界効果トランジスタ4、9、14
のゲート長を0.6ミクロンまで短縮してドレイン電流
を低減させる方法が知られている。 【0012】 【発明が解決しようとする課題】電界効果トランジスタ
の電流特性を示す一例として、図4に、第1の電界効果
トランジスタ4のソース・ドレイン間電圧(ソース電極
4sとドレイン電極4dとの電位差)とドレイン電流と
の関係を示す。図4からわかるように、ソース・ドレイ
ン間電圧がピンチオフ電圧Vp以上のとき、ドレイン電
流は一定となる。ドレイン電流が一定であれば、電界効
果トランジスタの増幅率は一定である。したがって、ソ
ース・ドレイン間電圧がピンチオフ電圧Vp以上の範囲
で増減しても、電界効果トランジスタの増幅率は一定と
なる。 【0013】ところで、ソース・ドレイン間電圧が増加
すると、電界効果トランジスタの消費電力は増加してし
まう。したがって、その増幅率を変化させずに、すなわ
ちドレイン電流を変化させないで消費電力を低減するた
めには、ピンチオフ電圧Vpを下回らない範囲でソース
・ドレイン間電圧を減少させればよい。 【0014】しかしながら、従来の携帯電話の高周波信
号受信回路には、リチウム電池3V、あるいは1.2V
のニッケル水素電池を3つ直列に接続して3.6Vとし
たものが電源として用いられているため、第1の電界効
果トランジスタ4は、図4中に示した点A、すなわち、
ピンチオフ電圧Vpよりもかなり高い電圧で動作してい
る。このように、従来の携帯電話の高周波信号受信回路
に用いられている電源は、その電界効果トランジスタ用
の電源電圧としては高すぎるために、電力の浪費となっ
ている。 【0015】なお、ゲート長0.6ミクロン未満の電界
効果トランジスタは、耐圧性が低いため、ソース・ドレ
イン間に3Vの電圧を印加すると正常な動作をしなくな
ることがある。 【0016】本発明は、消費電力が低い半導体回路を提
供することを目的とする。 【0017】 【課題を解決するための手段】本発明の高周波受信回路
は、第1、及び第2の入力信号を増幅する電界効果トラ
ンジスタからなる第1、及び第2の増幅回路と、前記各
増幅回路からの出力信号を入力し合成信号を出力するミ
キサとを有する高周波信号受信回路において、前記第
1、及び第2の増幅回路は電源と接地との間に直列に接
続されており、前記各増幅回路のゲ−ト電極は、電源と
接地との間に複数の抵抗を直列に接続して形成されたゲ
−ト電圧供給回路に接続されていることを特徴とするも
のであり、これにより、各々の電界効果トランジスタの
ソース電極およびドレイン電極間に印加される電圧が減
少するため、高周波受信回路全体の消費電力が低減され
る。 【0018】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて説明する。 【0019】図1は、本発明の一実施の形態における高
周波信号受信回路を示す図である。なお、図1中、従来
の高周波信号受信回路と同一の構成要素には同一の符号
を付した。図1において、第1の電界効果トランジスタ
4のドレイン電極4dは、電圧3Vのリチウム電池19
に接続され、ソース電極4sはバイパス容量素子6を介
して接地され、かつ電流の交流成分を遮断する目的で設
けられたチョークコイル20を介して第2の電界効果ト
ランジスタ9のドレイン電極9dに接続されている。 【0020】第2の電界効果トランジスタ9のソース電
極9sはバイパス容量素子11を介して接地され、電流
の交流成分を遮断する目的で設けられたチョークコイル
21を介して第3の電界効果トランジスタ14のドレイ
ン電極14dに接続されている。第3の電界効果トラン
ジスタ14のソース電極14sは、バイパス容量素子1
7と自己バイアス抵抗18との並列接続体を介して接地
されている。 【0021】第1の電界効果トランジスタ4のドレイン
電極4dは、結合容量素子8を介して第3の電界効果ト
ランジスタ14のゲート電極14g1に接続されてい
る。また、第2の電界効果トランジスタ9のドレイン電
極9dは、結合容量素子13を介して第3の電界効果ト
ランジスタ14のゲート電極14g2に接続されてい
る。さらに、第3の電界効果トランジスタ14のゲート
電極14g1、14g2はゲートバイアス抵抗15、16
を介してそれぞれ接地されている。 【0022】第1の電界効果トランジスタ4のゲート電
極4gおよび第2の電界効果トランジスタ9のゲート電
極9gは、入力端子1a、2aにそれぞれ接続されてお
り、第3の電界効果トランジスタ14のドレイン電極1
4dは出力端子3aに接続されている。 【0023】また、抵抗22、抵抗23および抵抗24
が直列に接続されている。抵抗22の一端は、リチウム
電池19、他端はゲート電極4gにそれぞれ接続され、
抵抗23の一端がゲート電極4g、他端はゲート電極9
gに接続されている。抵抗24の一端はゲート電極9g
に接続され、他端は接地されている。なお、抵抗22、
23、24の各抵抗値は、第1の電界効果トランジスタ
4のソース・ドレイン間電圧および第2の電界効果トラ
ンジスタ9のソース・ドレイン間電圧がそれぞれの電界
効果トランジスタのピンチオフ電圧よりも高くなるよう
に設定されている。 【0024】次に、この高周波信号受信回路の動作につ
いて説明する。基本的な動作は、従来の高周波信号受信
回路と同様であり、携帯電話のアンテナで受信された微
弱な高周波信号(周波数f1)が入力端子1aからゲー
ト電極4gに入力され、第1の電界効果トランジスタ4
で増幅された後、結合容量素子8を通してゲート電極1
4g1に入力される。また、局部発振器(図示せず)か
ら発せられる定周波信号(周波数f2)が入力端子2a
からゲート電極9gに入力され、第2の電界効果トラン
ジスタ9で増幅された後、結合容量素子13を通過して
ゲート電極14g2に入力される。そして、中間周波数
f1−f2を有する合成信号が、第3の電界効果トラン
ジスタ14のドレイン電極14dを経由して出力端子3
aから出力される。 【0025】本発明の実施の形態における高周波信号受
信回路では、第3の電界効果トランジスタ14のゲート
電極14g1、14g2の電位は、それぞれゲートバイア
ス抵抗15、16によりグランド電位に固定されている
ために、ソース・ドレイン間電圧がピンチオフ電圧以上
となる。したがって、第3の電界効果トランジスタ14
のドレイン電流はソース・ドレイン間電圧に依存せずほ
ぼ一定値になる。 【0026】また、第2の電界効果トランジスタ9のソ
ース電極9sの電位に対するゲート電極9gの電位は、
ゲートバイアス抵抗22、23、24により、ピンチオ
フ電圧以上となるように固定されているので、第3の電
界効果トランジスタ14のドレイン電流と同量のドレイ
ン電流が流れるように、第2の電界効果トランジスタ9
のソース電極9sの電位が決まる。 【0027】同様に、第1の電界効果トランジスタ4の
ソース電極4sの電位に対するゲート電極4gの電位
は、ゲートバイアス抵抗22、23、24により、ピン
チオフ電圧以上となるように固定されているので、第2
の電界効果トランジスタ9を流れるドレイン電流と同量
のドレイン電流が流れるように、第1の電界効果トラン
ジスタ4のソース電極4sの電位が決まる。 【0028】第1の電界効果トランジスタ4、第2の電
界効果トランジスタ9および第3の電界効果トランジス
タ14の各々のソース・ドレイン間に印加される電圧の
和は、電源19が供給する電圧3Vに等しく、また、本
実施の形態における3つの電界効果トランジスタの特性
は全てほぼ等しいため、電源19の電圧3Vは、3つの
電界効果トランジスタのソース・ドレイン間にほぼ1V
ずつ均等に印加されている。すなわち、一つの電界効果
トランジスタのソース・ドレイン間電圧が従来の3Vか
ら約1Vに低減されるため、電界効果トランジスタにお
ける消費電力は従来に比して大幅に低減される。なお、
ソース・ドレイン間電圧がピンチオフ電圧以下とはなら
ないように設定されているため、従来の高周波信号受信
回路に比して電界効果トランジスタの増幅率が低下する
こともなく、したがって高周波特性も良好に保たれる。 【0029】 【発明の効果】以上のように、本発明は、一つの電界効
果トランジスタのソース・ドレイン間に印加される電圧
を減少させることができるため、電界効果トランジスタ
における消費電力が低減され、回路全体の消費電力も低
減される。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の一実施の形態における高周波信号受信
回路を示す図 【図2】従来の高周波信号受信回路のブロック図 【図3】従来の高周波信号受信回路を示す図 【図4】電界効果トランジスタの電流特性を示す図 【符号の説明】 1 低雑音アンプ 1a、2a 入力端子 2 ローカルアンプ 3 ミキサー 3a 出力端子 4 第1の電界効果トランジスタ 5、10、15、16 ゲートバイアス抵抗 6、11、17 バイパス容量素子 7、12、18 自己バイアス抵抗 8、13 結合容量素子 9 第2の電界効果トランジスタ 14 第3の電界効果トランジスタ 19 電源 20、21 チョークコイル 22、23、24 抵抗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03F 1/00 - 3/72

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 第1、及び第2の入力信号を増幅する電
    界効果トランジスタからなる第1、及び第2の増幅回路
    と、前記各増幅回路からの出力信号を入力し合成信号を
    出力するミキサとを有する高周波信号受信回路におい
    て、前記第1、及び第2の増幅回路は電源と接地との間
    に直列に接続されており、前記各増幅回路のゲ−ト電極
    は、電源と接地との間に複数の抵抗を直列に接続して形
    成されたゲ−ト電圧供給回路に接続されていることを特
    徴とする高周波信号受信回路。
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