JP3393441B2 - 通信端末装置 - Google Patents

通信端末装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【目次】以下の順序で本発明を説明する。 発明の属する技術分野 従来の技術 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段(図1) 発明の実施の形態(図1〜図4) 発明の効果
【0002】
【発明の属する技術分野】本発明は通信端末装置に関
し、例えば自動車電話や携帯電話として使用するものに
適用し得る。
【0003】
【従来の技術】従来、自動車電話、携帯電話等の移動体
用通信端末装置が使用されている。またセルラー方式の
小型携帯電話の使用も拡大してきている。これらの移動
体用通信端末装置の使用が拡大するに従つて、都市部に
おいては、通信回線の不足が深刻になつてきており、各
国で様々な新しい移動体通信システムが立ち上がろうと
している。
【0004】新しい通信システムの多くは、アナログ通
信方式に代えて、デイジタル通信方式を採用している。
デイジタル通信方式では、現在のアナログの移動体通信
システムに比して高周波側の準マイクロ波帯を使用して
いる場合が多い。ユーザが携帯して使用する移動体用通
信端末装置(以下、携帯電話という)は、電池で駆動す
るため、内部で用いられるデバイスは、低電圧駆動及び
低消費電力化が必須である。
【0005】これらの準マイクロ波帯を使用する通信シ
ステムの携帯電話では、準マイクロ波信号を半導体電界
効果トランジスタ(以下、FET(Field Effect Trans
istor )という))で処理する場合が多い。特に、準マ
イクロ波帯の使用と、携帯性の重視とのために、携帯電
話の小型化、低電圧駆動、低消費電力化を実現すること
ができる、GaAs(ガリウム・ひ素)FETを使用したモ
ノリシツクマイクロ波集積回路(以下、MMIC(Mono
lithic Microwave IC )という)の開発が重要となつて
きている。
【0006】これらのマイクロ波信号処理デバイスの中
で、携帯電話内で高周波信号を切り換える高周波スイツ
チが、キーデバイスの1つとなつてきている。FETを
スイツチングデバイスとして用いる場合、FETのピン
チオフ電圧に比して充分高いゲートバイアス電圧を印加
して、ドレインとソースとの間を低インピーダンスに設
定することによつて、FETは導通状態に切り換えられ
る。一方、FETのピンチオフ電圧に比して充分低いゲ
ートバイアス電圧を印加して、ドレインとソースとの間
を高インピーダンスに設定することによつて、FETは
非導通状態に切り換えられる。
【0007】現在市販されているGaAsFETをスイツチ
として使用した場合、ドレインとソースとの間は、導通
状態の等価回路が抵抗成分Ronで近似され、非導通状
態の等価回路が容量成分Coff で近似される。抵抗成分
Ron及び容量成分Coff は、それぞれFETの単位ゲー
ト幅(Wg)当たり、数〔Ωmm〕、数百〔fF/mm 〕程度
である。例えば、抵抗成分Ron=2〔Ωmm〕、容量成分
Coff =300 〔fF/mm〕である。
【0008】ところで、セルラー方式の携帯電話では、
例えば1W程度の比較的大電力信号を切り換える必要が
ある。このため、FETスイツチによつて、このような
大電力信号を切り換える場合は、非導通状態に切り換え
られたFETより発生する送信信号の歪を抑えることが
必要である。即ち、送信電力が大きい場合、非導通状態
のFETは導通状態に切り換わつて不要なスプリアス発
射を増大させることがあつた。
【0009】この送信信号の歪を抑える一番本質的な方
法は、FETを非導通状態に切り換えるときのゲートバ
イアス電圧をピンチオフ電圧に比して十分低い電圧に設
定することである。これは、導通バイアス電圧と非導通
バイアス電圧との差を大きくすることになり、必然的
に、FETを用いたスイツチ用MMICを制御する制御
電圧の差を大きくする必要があつた。このため、GaAsM
MICスイツチを例えばセルラー方式の携帯電話のアン
テナスイツチに使用する場合は、一般に、MMICスイ
ツチ専用DC−DCコンバータが携帯電話内に設けら
れ、このDC−DCコンバータによつて昇圧した電圧に
よりMMICスイツチを制御していた。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述のよう
に、MMICスイツチ専用DC−DCコンバータを携帯
電話内に設ける方法は、その分だけ消費電力及び実装面
積を増大させるという問題があつた。また携帯電話では
低電圧駆動が強く所望されているため、MMICスイツ
チ専用DC−DCコンバータを装置内に設けることは好
ましくない。
【0011】上述のように、携帯電話では、優れた高周
波特性、小型、高集積化の可能性により、GaAsMMIC
アンテナスイツチの開発が所望されているが、送信信号
の歪を抑えるため高い電源電圧が必要である。このた
め、特に送信電力が大きなセルラー方式の携帯電話で
は、十分に満足できる性能を有するMMICスイツチが
存在しなかつた。
【0012】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、高周波アンテナスイツチを用いると共に、低電圧駆
動する際、全体として小型化及び低消費電力化し得る通
信端末装置を提案しようとするものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明においては、第1の直流電源電圧を用いて受信
信号を増幅する受信信号増幅器と、第1の直流電源電圧
に比して高い第2の直流電源電圧を用いて送信信号を増
幅する送信信号増幅器と、送信のとき、送信信号増幅器
と共に供給される第2の直流電源電圧が印加されること
によりアンテナを送信信号増幅器側に接続する第1のス
イツチング手段と、受信のとき、受信信号増幅器と共に
供給される第1の直流電源電圧が印加されることにより
アンテナを受信信号増幅器に接続する第2のスイツチン
グ手段とを設けるようにする。
【0014】第1の直流電源電圧と、当該第1の直流電
源電圧に比して高い第2の直流電源電圧との差電圧を利
用してアンテナを送信側又は受信側に切り換えることが
できるので、アンテナスイツチ制御用の第1の直流電源
電圧及び第2の直流電源電圧の電圧差を大きくするため
のアンテナスイツチ専用DC−DCコンバータを設ける
必要がなく小型化することができると共に、送信時にア
ンテナを送信信号増幅器に接続したときには大電力信号
を扱うに十分な導通状態に制御されて送信信号の歪みの
発生を抑えることができ、受信のときアンテナを受信信
号増幅器に接続したときには微小電力信号を扱うに十分
な導通状態に制御されて低電圧駆動することができ、か
くして全体として小型化及び低消費電力化を図ることが
できる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下図面について、本発明の一実
施例を詳述する。
【0016】図1は全体として準マイクロ波帯を使用す
るセルラー方式の通信端末装置としての携帯電話の高周
波部1を示し、アンテナ2を単極双投のアンテナスイツ
チ3によつて送信信号増幅器(図中、PAで示す)4側
と、受信信号増幅器としての受信用低ノイズ増幅器(図
中、LNAで示す)5側とに切り換える。
【0017】送信のとき、高周波部1は、送信信号増幅
器4の第2の直流電源電圧としての電源電圧Vdd(PA)、
例えば5〔V〕をアンテナスイツチ3の制御入力端P1
に与えて、アンテナ2を送信信号増幅器4側に切り換え
る。これにより、アンテナスイツチ3は、大電力信号を
扱うに十分な導通状態に制御されて送信信号の歪の発生
を抑えることができる。
【0018】一方、受信のとき、高周波部1は、受信用
低ノイズ増幅器5の第1の直流電源電圧としての電源電
圧Vdd(LNA) 、例えば3〔V〕をアンテナスイツチ3の
制御入力端P2に与えて、アンテナ2を受信用低ノイズ
増幅器5側に切り換える。これにより、アンテナスイツ
チ3は、微小電力信号を扱うに十分な導通状態に制御さ
れる。また3〔V〕で導通状態に制御することができる
ことにより、CMOSロジツク集積回路より直接制御して導
通バイアス電圧を簡略化することもできる。
【0019】因みに、送信信号増幅器4は、大電力信号
を扱うため、電源電圧Vdd(LNA) に比して大きな電源電
圧Vdd(PA)を必要とする。一方、受信用低ノイズ増幅器
5は、微小電力信号を扱うため、電源電圧Vdd(LNA) の
低電圧化が進んでおり、一般に3〔V〕程度で動作する
ものが主流である。電源電圧Vdd(PA)は、電池を電源と
して所定のDC−DCコンバータ(図示せず)で生成さ
れている場合が多い。
【0020】図2に示すように、アンテナスイツチ3
は、例えばシングルゲートGaAs接合型FET6及び7を
使用したMMICに構成されている。アンテナスイツチ
3は、アンテナ2をFET6によつて送信信号増幅器4
に切り換える。このときアンテナスイツチ3は、電源電
圧Vdd(PA)(ここでは5〔V〕)を抵抗Rgを介して一
方のFET6のゲートに与える。またアンテナスイツチ
3は、アンテナ2を他方のFET7によつて受信用低ノ
イズ増幅器5に切り換える。このときアンテナスイツチ
3は、電源電圧Vdd(LNA) (ここでは3〔V〕)を抵抗
Rgを介してFET7のゲートに与える。
【0021】以上の構成において、図1に示すように、
携帯電話は、送信動作と受信動作とを同時に実行しな
い。送信のとき、携帯電話は、電源電圧Vdd(PA)を送信
信号増幅器4と、アンテナスイツチ3の制御入力端P1
とに同時に印加する。これによりFET6が導通して大
電力の送信信号がアンテナに与えられる。一方、受信の
とき、携帯電話は、電源電圧Vdd(LNA) を受信用低ノイ
ズ増幅器5と、アンテナスイツチ3の制御入力端P2と
に印加する。これにより、FET7が導通してアンテナ
2より微小電力の受信信号が受信用低ノイズ増幅器5に
与えられる。
【0022】このようにして、アンテナスイツチ3の専
用DC−DCコンバータを設ける必要がなく、その分消
費電力及び実装面積を減少させることができる。従つ
て、高周波部1を小型化、低損失化及び低コスト化し
て、低電圧駆動でアンテナスイツチ3の特色を生かすこ
とができ、携帯電話を全体として小型化及び、低消費電
力化することや低コスト化することができる。
【0023】以上の構成によれば、送信のとき送信信号
増幅器4の電源電圧Vdd(PA)をアンテナスイツチ3に与
えて、アンテナ2を送信信号増幅器4側に切り換え、受
信のとき受信用低ノイズ増幅器5の電源電圧Vdd(LNA)
をアンテナスイツチ3に与えて、アンテナ2を受信用低
ノイズ増幅器5側に切り換えることにより、MMIC構
成のアンテナスイツチ3を用いると共に、低電圧駆動す
る際、全体として小型化及び低消費電力化することがで
きる。
【0024】なお上述の実施例においては、アンテナス
イツチ3の一方のFETを導通状態に制御する際、アン
テナスイツチ3にそれぞれ電源電圧Vdd(PA)又はVdd(L
NA)を印加する場合について述べたが、本発明はこれに
限らず、アンテナスイツチ3の一方のFETに電源電圧
Vdd(PA)又はVdd(LNA) を印加し、他方のFETに負の
ゲートバイアス電圧を印加する場合にも適用し得る。こ
の場合も上述と同様の効果を得ることができる。
【0025】即ち、最近のセルラー方式の携帯電話で
は、その高効率動作のため、GaAsMMIC増幅器が用い
られている。またGaAs増幅器は一般に負のゲートバイア
ス電圧が必要である。この場合、例えば図3に示すよう
に、携帯電話の高周波部8は、CMOS論理集積回路等
から得た制御信号の電圧、例えば0〔V〕及び3〔V〕
を制御電圧切換回路9に与えて、アンテナスイツチ3に
与える制御電圧を切り換える。
【0026】送信のとき、高周波部8は、電源電圧Vdd
(PA)及び負のゲートバイアス電圧Vgg(PA)を制御電圧切
換回路9からアンテナスイツチ3のそれぞれ制御入力端
P1及びP2に制御電圧として与える。一方、受信のと
き、高周波部8は、負のゲートバイアス電圧Vgg(PA)及
び電源電圧Vdd(PA)を制御電圧切換回路9から制御入力
端P1及びP2に制御電圧として与える。これにより、
一方のFETが導通状態に制御されたとき、他方のFE
Tは、一段と高いインピーダンスの非導通状態に制御さ
れることになる。
【0027】従つて、電源電圧Vdd(PA)と負のゲートバ
イアス電圧Vgg(PA)との差電圧によりアンテナスイツチ
2を制御することになり、上述した電源電圧Vdd(PA)及
びVdd(LNA) のみを用いる場合に比して一段と大電力信
号をスイツチングすることができることになる。
【0028】因みに、例えば図4に示すように、制御電
圧切換回路9は、電源電圧Vdd(PA)と負のゲートバイア
ス電圧Vgg(PA)との間にFET10及び11でなる直列
回路と、FET12及び13でなる直列回路とが並列に
配されている。制御電圧切換回路9は、制御信号の電圧
として3〔V〕及び0〔V〕をそれぞれFET10及び
11に与えて電源電圧Vdd(PA)を出力させ、制御信号の
電圧として0〔V〕及び3〔V〕をそれぞれFET10
及び11に与えて負のゲートバイアス電圧Vgg(PA)を出
力させる。
【0029】制御電圧切換回路9は、制御信号の電圧と
して3〔V〕及び0〔V〕をそれぞれFET13及び1
2に与えて負のゲートバイアス電圧Vgg(PA)を出力さ
せ、制御信号の電圧として0〔V〕及び3〔V〕をそれ
ぞれFET13及び12に与えて電源電圧Vdd(PA)を出
力させる。制御電圧切換回路9は、制御信号をそれぞれ
抵抗Rgを介してFET10〜13のゲートに与えてい
る。
【0030】また上述の実施例においては、アンテナス
イツチ3の一方のFETを導通状態に制御する際、アン
テナスイツチ3にそれぞれ電源電圧Vdd(PA)又はVdd(L
NA)を印加する場合について述べたが、本発明はこれに
限らず、アンテナスイツチ3の一方のFETににCMO
S論理集積回路等から得た制御信号の電圧、例えば3
〔V〕を印加し、他方のFETに負のゲートバイアス電
圧Vggを印加する場合にも適用できる。
【0031】さらに上述の実施例においては、アンテナ
スイツチ3の一方のFETを導通状態に制御する際、ア
ンテナスイツチ3にそれぞれ電源電圧Vdd(PA)又はVdd
(LNA) を印加する場合について述べたが、本発明はこれ
に限らず、少なくとも送信のとき電源電圧Vdd(PA)をア
ンテナスイツチに印加する場合にも適用できる。
【0032】さらに上述の実施例においては、本発明を
セルラー方式の携帯電話に適用する場合について述べた
が、本発明はこれに限らず、任意の方式で通信する任意
の形状の通信端末装置にも適用できる。
【0033】
【発明の効果】上述のように本発明によれば、第1の直
流電源電圧と、当該第1の直流電源電圧に比して高い第
2の直流電源電圧との差電圧を利用してアンテナを送信
側又は受信側に切り換えることができるので、アンテナ
スイツチ制御用の第1の直流電源電圧及び第2の直流電
源電圧の電圧差を大きくするためのアンテナスイツチ専
用DC−DCコンバータを設ける必要がなく小型化する
ことができると共に、送信時にアンテナを送信信号増幅
器に接続したときには大電力信号を扱うに十分な導通状
態に制御されて送信信号の歪みの発生を抑えることがで
き、受信のときアンテナを受信信号増幅器に接続したと
きには微小電力信号を扱うに十分な導通状態に制御され
て低電圧駆動することができ、かくして全体として小型
化及び低消費電力化し得る通信端末装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による通信端末装置の一実施例によるセ
ルラー方式の携帯電話の高周波部を示すブロツク図であ
る。
【図2】アンテナスイツチの説明に供する接続図であ
る。
【図3】他の実施例による携帯電話の高周波部を示すブ
ロツク図である。
【図4】制御電圧切換回路の構成を示す接続図である。
【符号の説明】
1、8……携帯電話の高周波部、2……アンテナ、3…
…アンテナスイツチ、4……送信信号増幅器、5……受
信用低ノイズ増幅器、6、7、10〜13……FET、
9……制御電圧切換回路。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1の直流電源電圧を用いて受信信号を増
    幅する受信信号増幅器と、 上記第1の直流電源電圧に比して高い第2の直流電源電
    を用いて送信信号を増幅する送信信号増幅器と、送信のとき、上記送信信号増幅器と共に供給される上記
    第2の直流電源電圧が印加されることによりアンテナを
    上記送信信号増幅器側に接続する第1のスイツチング手
    段と、 受信のとき、上記受信信号増幅器と共に供給される上記
    第1の直流電源電圧が印加されることにより上記アンテ
    ナを上記受信信号増幅器に接続する第2のスイツチング
    手段と を具える ことを特徴とする通信端末装置。
  2. 【請求項2】上記第1のスイツチング手段及び上記第2
    のスイツチング手段は、 ガリウム砒素電界効果トランジスタでなり、集積回路に
    構成されていることを特徴とする請求項1に記載の通信
    端末装置。
  3. 【請求項3】上記ガリウム砒素電界効果トランジスタ
    は、 ガリウム砒素接合型電界効果トランジスタであることを
    特徴とする請求項2に記載の通信端末装置。
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