JP3846066B2 - 送受信回路、半導体集積回路装置、および通信用無線機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は送受信回路、特に送信用の周波数と受信用の周波数に同一周波数を使用する通信用無線機に適した送受信回路、および該送受信回路を有する半導体集積回路装置、通信用無線機等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、通信用無線機、例えば携帯電話機等において小型・軽量化および低価格化が進み、その利用者が急増している。これら通信用無線機においては、送信／受信の切り換えのために、スイッチやデュプレクサなどの送受信切り換え素子が使用されている。そして無線機の小型・軽量化のために、使用される送受信切り換え素子にはスイッチが主として用いられている。スイッチには、ＦＥＴを使用したもの、ダイオードを使用したもの等があるが、低電圧動作、高効率、低雑音特性および高分離度特性を有するガリウム砒素型ＦＥＴが広く使用されている。
【０００３】
また近年では、無線機の小型・軽量化に対する要求がますます高まりつつあり、送信用増幅器等からなる送信回路部、受信用増幅器等からなる受信回路部、送受信の切り換えを行うアンテナ切り換えスイッチ部などからなる送受信回路をそのまま半導体基板上に集積回路化しようとする試みも盛んである。
【０００４】
以下、従来の送受信回路の一例について、図４を参照しながら説明する。
【０００５】
図４において、送受信回路５０はアンテナ部５１、アンテナ切り換えスイッチ部５２、送信回路部５３、受信回路部５４から構成されている。アンテナ部５１はアンテナ５５を有してなる。アンテナ切り換えスイッチ部５２は受信側スルーＦＥＴ５６、スルーＦＥＴ５６の後段に挿入されるシャントＦＥＴ５７、送信側スルーＦＥＴ５８を有してなる。送信回路部５３は送信用増幅器５９を有してなる。受信回路部５４は受信用増幅器６０、ダウンコンバータミキサ６１を有してなる。必要に応じてアンテナ切り換えスイッチ部５２の送信側スルーＦＥＴの前段に送信側シャントＦＥＴ６４を挿入する場合もある。なお、図においては要部以外の構成要素については省略している。
【０００６】
以上のように構成された送受信回路５０において、アンテナ切り換えスイッチ部５２の各スルーＦＥＴ５６、５８に印加する駆動電圧をコントロールすることにより、送信信号を送信回路部５３からアンテナ部５１に出力する第１の接続状態と、受信信号をアンテナ部５１から受信回路部５４に出力する第２の接続状態との切り換えを行っている。
【０００７】
ところで、受信回路部５４においては、送信時（第１の接続状態）におけるアンテナ切り換えスイッチ部５２の送信側端子６２から受信側増幅器６０の出力端子６３までのアイソレーションの向上が重要な課題となる。ここで言うアイソレーションとは、送信時に、送信用増幅器５９からアンテナ５５に正しく出力される信号と送信用増幅器５９から受信回路部５４側に漏れだして流れる信号との比であって、アイソレーションが高いと言うことは送信用増幅器５９から受信回路部５４側に流れる信号が少ないことを意味する。理想的には全ての送信信号がアンテナ５５側に流れることが望ましいが、実際には、送信用増幅器５９から受信回路部５４側に漏れだして流れる信号が若干程度存在する。
【０００８】
アイソレーションが低い（すなわち、受信回路部５４側に流れる信号が多い）場合、ダウンコンバータミキサ６１やＩＦ段以降の回路（図示していない）に送信信号が流れ込みこれらの回路に悪影響を及ぼす。このため送信側端子６２から増幅器６０の出力端子６３までのアイソレーションを高める必要があり、アンテナ切り換えスイッチ部５２の受信側スルーＦＥＴ５６を多段化したり、図４に示すようにスルーＦＥＴ５６の後段にシャントＦＥＴ５７を挿入することによってアイソレーションの向上が図られている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、受信側スルーＦＥＴ５６を多段化したりスルーＦＥＴ５６の後段にシャントＦＥＴ５７を挿入することは、アイソレーションの向上を実現できる一方で、受信用増幅器（ローノイズアンプ）６０の前段に多くの素子を介在させることになるので、受信時（第２の接続状態）における受信信号のロスも増大することになり、受信用増幅器６０の雑音指数を劣化させることになる。
【００１０】
従って本発明の目的は、高いアイソレーションを維持しつつ、かつ受信用増幅器の雑音指数を劣化させることのない送受信回路、および該送受信回路を有する半導体集積回路装置、通信用無線機を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本発明の請求項１記載の送受信回路は、アンテナ部と、 送信信号を増幅する送信用増幅器を有する送信回路部と、受信信号を増幅する受信用増幅器を有する受信回路部と、送信信号を送信回路部からアンテナ部に出力する第１の接続状態と受信信号をアンテナ部から受信回路部に出力する第２の接続状態との切り換えを行うアンテナ切り換えスイッチ部と、を有する送受信回路において、前記受信回路部の受信用増幅器の後段に、前記第１の接続状態においてＯＦＦされる１入力１出力タイプのスイッチ素子が設けられている。
【００１２】
また、本発明の請求項２記載の送受信回路は、アンテナ部と、送信信号を増幅する送信用増幅器を有する送信回路部と、受信信号を増幅する受信用増幅器とその後段に接続されるダウンコンバータ素子とを有する受信回路部と、送信信号を送信回路部からアンテナ部に出力する第１の接続状態と受信信号をアンテナ部から受信回路部に出力する第２の接続状態との切り換えを行うアンテナ切り換えスイッチ部と、を有する送受信回路において、前記受信回路部の受信用増幅器とダウンコンバータ素子との間に、前記第１の接続状態においてＯＦＦされる１入力１出力タイプのスイッチ素子が設けられている。
【００１３】
このように、受信用増幅器の後段に、より特定的には受信用増幅器とその後段に接続されるダウンコンバータ素子との間に、第１の接続状態においてＯＦＦされる１入力１出力タイプのスイッチ素子を挿入することにより、受信用増幅器の前段に介在していた受信側スルーＦＥＴの段数を減らしたりシャントＦＥＴを取り除いても、高いアイソレーションを実現することができる。また、本発明の１入力１出力タイプのスイッチ素子は受信用増幅器の後段に挿入されているので、第２の接続状態において受信用増幅器に入力される受信信号のロスが減り雑音指数の向上を図ることができる。なお、ダウンコンバータ素子としては通常、ミキサが使用される。
【００１４】
また、本発明の請求項４記載の送受信回路は、請求項１ないし請求項３に記載の１入力１出力タイプのスイッチ素子として、アンテナ切り換えスイッチ部の切り換えと同一のタイミングに連動してＯＮ／ＯＦＦを行うものを用いる。
【００１５】
このように両スイッチの切り換えを連動させ、同一のタイミングでＯＮ／ＯＦＦさせることにより、両スイッチに印加する駆動電圧を共通化することが可能となる。
【００１６】
なお、上述の本発明の送受信回路を構成する送信用増幅器、受信用増幅器、ダウンコンバータ素子、１入力１出力タイプのスイッチ素子、アンテナ切り換えスイッチ部等の各素子を、たとえばＧａＡｓ半導体基板などの半導体基板上に集積回路化することにより、送受信回路の小型化、低消費電力化を図ることができる。
【００１７】
また、上述の本発明の送受信回路を用いて通信用無線機を構成することにより、高いアイソレーションを有し、かつ受信用増幅器の雑音指数の良い通信用無線機を得られる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の送受信回路の一実施例について、図を参照して説明する。
【００１９】
図１において、送受信回路１はアンテナ部２、アンテナ切り換えスイッチ部３、送信回路部４、受信回路部５とから構成されている。アンテナ部２はアンテナ６を有してなる。アンテナ切り換えスイッチ部３は受信側スルーＦＥＴ７、送信側スルーＦＥＴ８を有してなる。送信回路部４は送信用増幅器９を有してなる。受信回路部５は受信用増幅器１０、増幅器１０の後段に設けられるダウンコンバータミキサ１１、および受信用増幅器１０とダウンコンバータミキサ１１との間に設けられる１入力１出力タイプのスイッチ素子１２を有してなる。なお、送受信回路１を構成するアンテナ切り換えスイッチ部３、送信回路部４、受信回路部５は、いずれもＧａＡｓ半導体基板上に集積回路化されて形成されている。
【００２０】
以上のように構成された送受信回路１において、アンテナ切り換えスイッチ部３の各スルーＦＥＴ７、８に印加する駆動電圧をコントロールすることにより、送信信号を送信回路部４からアンテナ部２に出力する第１の接続状態と、受信信号をアンテナ部２から受信回路部５に出力する第２の接続状態との切り換えを行っている。
【００２１】
ところで、受信回路部５に関しては、アンテナ切り換えスイッチ部３だけではなく、スイッチ素子１２によっても、受信回路部５を流れる信号のＯＮ／ＯＦＦが制御されている。すなわち、アンテナ切り換えスイッチ部３が前述の第１の接続状態にあるときには、スイッチ素子１２はＯＦＦされる。このように、第１の接続状態時にスイッチ素子１２がＯＦＦされるので、送信時に送信用増幅器９から受信回路部５側に漏れ出す送信信号がミキサ１１以降の後段に流入することを防止でき、高いアイソレーションを実現できる。また、スイッチ素子１２によってアイソレーションを高めた分だけ、受信側増幅器１０の前段に介在していた受信側スルーＦＥＴ７の段数を減らしたりシャントＦＥＴを削減したりすることができる。この結果、受信側増幅器１０の前段に介在する素子の点数が減るので、受信信号のロスが減り、受信側増幅器１０の雑音指数の向上を図ることができる。
【００２２】
なお、本実施例で使用する１入力１出力（ＳＰＳＴ）タイプのスイッチ素子１２としては、アイソレーション特性の高いスイッチ素子であれば各種の素子が使用可能であるが、半導体基板上へ形成する素子の製造プロセスの共通化の観点からＦＥＴ、とりわけスルーＦＥＴを使用することが望ましい。スルーＦＥＴを用いる場合、図１に示したような１段構成としてもよいし、場合によっては図２に示す変形例のように、ＦＥＴを直列に複数個接続して多段構成としても構わない。また図３に示す変形例のように、スルーＦＥＴの代わりにシャントＦＥＴをスイッチ素子として使用しても同様の効果が得られる。スルーＦＥＴと同様、シャントＦＥＴを多段化しても構わない。また、スルーＦＥＴとシャントＦＥＴとを組み合わせてスイッチ素子１２を構成しても構わない。
【００２３】
なお、本発明の送受信回路は上述の形態に限定されることなく、その趣旨の範囲内で種々に変形することが可能である。例えば、必要に応じてアンテナ切り換えスイッチ部３の送信側スルーＦＥＴ８の前段に送信側シャントＦＥＴ１３を挿入しても良い。この場合、送信側端子から信号切り換え用スイッチの出力端子までのアイソレーションを更に向上させることができる。また、スイッチ素子１２のＯＮ／ＯＦＦのタイミングを、アンテナ切り換えスイッチ部のそれと同一のタイミングに連動させるようにしても良い。このように動作させることにより、両スイッチに印加する駆動電圧を共通化することが可能になる。
【００２４】
【効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の送受信回路は以下の優れた効果を有する。
【００２５】
すなわち、受信用増幅器の後段に、より特定的には受信用増幅器とダウンコンバータ素子との間に１入力１出力タイプのスイッチ素子を挿入することで、アンテナ切り換えスイッチ部の受信側スルーＦＥＴを多段にしたりシャントＦＥＴを挿入しなくても、送信側端子から信号切り換え用スイッチの出力端子までのアイソレーションを十分に向上できる。これにより、受信用増幅器の前段に介在する素子数を減らすことができるので、受信信号のロスを減らすことができ受信用増幅器の雑音指数の劣化を抑制することができる。
【００２６】
また、１入力１出力タイプのスイッチ素子のＯＮ／ＯＦＦのタイミングを、アンテナ切り換えスイッチ部のそれと連動させることにより、両スイッチに印加する駆動電圧を共通化することが可能になる。
【００２７】
さらに、従来使用していたシャントＦＥＴはグランドを必要とするため、グランド領域の確保、グランドの形成位置、グランドに至る配線等の点から設計上の制約を伴っていたが、本発明によりアイソレーションを向上させるために必ずしもシャントＦＥＴを用いる必要がなくなるので、設計上の自由度を高められるとともに、必要とされる半導体基板のチップ面積を縮小することができる。
【００２８】
加えて、本発明の送受信回路を半導体基板上に集積回路化することにより、送受信回路の小型化・低消費電力化を図ることができる。また、本発明の送受信回路を用いて通信用無線機を構成することにより、高いアイソレーションを有し、かつ受信用増幅器の雑音指数の良い通信用無線機を得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例の送受信回路を示す概略構成図である。
【図２】 本発明の変形例の送受信回路の受信回路部を示す部分概略構成図である。
【図３】 本発明の変形例の送受信回路の受信回路部を示す部分概略構成図である。
【図４】 従来例の送受信回路を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１、５０ ・・・ 送受信回路
２、５１ ・・・ アンテナ部
３、５２ ・・・ アンテナ切り換えスイッチ部
４、５３ ・・・ 送信回路部
５、５４ ・・・ 受信回路部
６、５５ ・・・ アンテナ
７、５６ ・・・ 受信側スルーＦＥＴ
８、５８ ・・・ 送信側スルーＦＥＴ
９、５９ ・・・ 送信用増幅器
１０、６０ ・・・ 受信用増幅器（ローノイズアンプ）
１１、６１ ・・・ ダウンコンバータミキサ
１２ ・・・ スイッチ素子
１３、５７ ・・・ シャントＦＥＴ
６２ ・・・ 送信側端子
６３ ・・・ 受信側増幅器６０の出力端子
６４ ・・・ 受信側シャントＦＥＴ

Claims (8)

1. アンテナ部と、
   送信信号を増幅する送信用増幅器を有する送信回路部と、
   受信信号を増幅する受信用増幅器を有する受信回路部と、
   送信信号を送信回路部からアンテナ部に出力する第１の接続状態と、受信信号をアンテナ部から受信回路部に出力する第２の接続状態との切り換えを行うアンテナ切り換えスイッチ部と、を有する送受信回路において、
   前記受信回路部の受信用増幅器の後段に、前記第１の接続状態においてＯＦＦされる１入力１出力タイプのスイッチ素子が設けられていることを特徴とする送受信回路。
2. アンテナ部と、
   送信信号を増幅する送信用増幅器を有する送信回路部と、
   受信信号を増幅する受信用増幅器とその後段に接続されるダウンコンバータ素子とを有する受信回路部と、
   送信信号を送信回路部からアンテナ部に出力する第１の接続状態と、受信信号をアンテナ部から受信回路部に出力する第２の接続状態との切り換えを行うアンテナ切り換えスイッチ部と、を有する送受信回路において、
   前記受信回路部の受信用増幅器とダウンコンバータ素子との間に、前記第１の接続状態においてＯＦＦされる１入力１出力タイプのスイッチ素子が設けられていることを特徴とする送受信回路。
3. 前記ダウンコンバータ素子が、ミキサであることを特徴とする請求項２に記載の送受信回路。
4. 前記１入力１出力タイプのスイッチ素子は、アンテナ切り換えスイッチ部の切り換えと同一のタイミングに連動してＯＮ／ＯＦＦを行うものであることを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載の送受信回路。
5. 半導体基板と、
   半導体基板上に形成され、送信信号を増幅する送信用増幅器と、
   同じく半導体基板上に形成され、受信信号を増幅する受信用増幅器とその後段に接続されるダウンコンバータ素子と、
   同じく半導体基板上に形成され、送信信号を送信用増幅器からアンテナ部に出力する第１の接続状態と、受信信号をアンテナ部から受信用増幅器に出力する第２の接続状態との切り換えを行うアンテナ切り換えスイッチと、
   同じく半導体基板上に形成され、受信用増幅器とダウンコンバータ素子との間に設けられ、前記第１の接続状態においてＯＦＦされる１入力１出力タイプのスイッチ素子と、を有することを特徴とする半導体集積回路装置。
6. 前記１入力１出力タイプのスイッチ素子は、アンテナ切り換えスイッチの切り換えと同一のタイミングに連動してＯＮ／ＯＦＦを行うものであることを特徴とする請求項３に記載の半導体集積回路装置。
7. アンテナと、送信信号を増幅する送信用増幅器と、
   受信信号を増幅する受信用増幅器とその後段に接続されるダウンコンバータ素子と、
   送信信号を送信用増幅器からアンテナに出力する第１の接続状態と、受信信号をアンテナから受信用増幅器に出力する第２の接続状態との切り換えを行うアンテナ切り換えスイッチと、
   受信用増幅器とダウンコンバータ素子との間に設けられ、前記第１の接続状態においてＯＦＦされる１入力１出力タイプのスイッチ素子と、を有することを特徴とする通信用無線機。
8. 前記１入力１出力タイプのスイッチ素子は、アンテナ切り換えスイッチの切り換えと同一のタイミングに連動してＯＮ／ＯＦＦを行うものであることを特徴とする請求項５に記載の通信用無線機。

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