JP5620812B2 - 高周波モジュールおよび無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、高周波モジュールおよび無線通信システムに関し、特に、ＧＳＭおよびＷ−ＣＤＭＡ等のような複数の周波数帯（マルチバンド）に対応した高周波モジュールおよび無線通信システムに適用して有効な技術に関する。

例えば、特許文献１には、ＧＳＭのロウバンドとハイバンドに対応したアンテナスイッチが示されている。

特開２０１０−１１４８３７号公報

近年、携帯電話機等の無線通信システムでは、小型化と共に多様化が進んでおり、複数の周波数帯（マルチバンド）に対応したシステムが必要とされている。このようなシステムにおいて、アンテナの直近には、例えばアンテナスイッチやその前段に設けられる送信用のパワーアンプ等を搭載した電子部品（高周波モジュールと呼ぶ）が配置される。アンテナスイッチでは、マルチバンド化の進行に伴い、１個のアンテナ用端子に対して２対の送信端子および受信端子（計４個）のいずれかを接続する所謂ＳＰ４Ｔ（Single Pole Four Throw）の構成を拡張して、ＳＰ５Ｔ、ＳＰ６Ｔ、…といった構成が必要となってくる。

ＳＰ４Ｔ構成を持つアンテナスイッチとして、代表的にはＧＳＭ（Global System for Mobile communication）のロウバンドとハイバンドに対応したものが挙げられる。ＧＳＭのロウバンドでは、例えば、略８２４ＭＨｚ〜略９１５ＭＨｚの送信周波数と、略８６９ＭＨｚ〜略９６０ＭＨｚの受信周波数が用いられる。ＧＳＭのハイバンドは、ＤＣＳ（Digital Cellular System）等とも呼ばれ、当該バンドでは、略１７１０ＭＨｚ〜略１９１０ＭＨｚの送信周波数と、略１８０５ＭＨｚ〜略１９９０ＭＨｚの受信周波数が用いられる。一方、ＳＰ５Ｔ、ＳＰ６Ｔ、…等では、このような各バンドに加えて、例えば、第３世代（３Ｇ又はＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System）等と呼ばれるＷ−ＣＤＭＡ（Wideband Code Division Multiple Access）のバンド等が加わる。Ｗ−ＣＤＭＡでは、１０種類を超えるバンドが規定され、システムは、通常、この中から選択された幾つかのバンドに対応することになる。

ここで、ＳＰ４Ｔのアンテナスイッチは、アンテナ用端子と送信（受信）端子の間にＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）等で構成されるスイッチを配置し、当該スイッチのオン・オフを適宜制御することで実現される。この際に、送信時におけるスイッチの挿入損失を低減すると共に、スイッチによる送信信号の歪みを抑制するため、通常の電源電圧（例えば３Ｖ程度）よりも高い電源電圧（例えば５Ｖ近く）を用いることが知られている。その一つの方式として、例えば、ＨＥＭＴの送信端子（ソースノード）とゲートノードの間に昇圧回路を設け、ＧＳＭの送信信号を利用して昇圧電圧を生成し、当該昇圧電圧でゲートノードを駆動する方式が挙げられる。

しかしながら、このような方式を用いた場合、ＧＳＭ時には、十分なオン電圧およびオフ電圧でスイッチを駆動することができるが、Ｗ−ＣＤＭＡ時には、それが実現できない恐れがある。これは、通常、ＧＳＭ用の送信信号よりもＷ−ＣＤＭＡ用の送信信号の方が信号レベルが小さいため、昇圧動作が不十分になり得るためである。その一方で、Ｗ−ＣＤＭＡでは、ＧＳＭに比べて送信信号の歪み特性を更に低減することが求められる。これは、特に、Ｗ−ＣＤＭＡでは、ＧＳＭと異なりＦＤＤ（(Frequency Division Duplex)方式が用いられているため、送信信号と受信信号による相互変調歪み（ＩＭＤ：Inter modulation Distortion）が問題となるためである。

そこで、Ｗ−ＣＤＭＡ時の送信信号の歪み特性を低減するため、アンテナスイッチに対して何らかの形で昇圧電圧を供給する必要がある。その一例として、例えば、高周波モジュールの外部にＤＣ−ＤＣコンバータ等を設け、当該ＤＣ−ＤＣコンバータによって生成した昇圧電圧を高周波モジュールに供給し、この電圧でアンテナスイッチを駆動する方式が考えられる。しかしながら、この場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ等の設置に伴うシステム全体の大型化やコストの増大等が懸念される。

本発明は、このようなことを鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、低コスト化または小型化を実現可能なマルチバンド対応の高周波モジュールおよび無線通信システムを提供することにある。本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的な実施の形態の概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

本実施の形態による高周波モジュールは、それぞれ異なる半導体チップで構成された高周波電力増幅装置とアンテナスイッチ装置が同一の配線基板上に実装されたものとなっている。高周波電力増幅装置は、第１周波数帯の送信信号を増幅する回路と、第１周波数帯か第２周波数帯かを選択するモード設定信号を受けて、アンテナスイッチ装置用の制御信号を第１電圧レベルか第２電圧レベルで出力する回路を備える。第２電圧レベルは、発振回路からのクロック信号を用いて第１電圧レベルを昇圧することで生成される。ここで、高周波電力増幅装置は、モード設定信号によって第１周波数帯が選択された際には、発振回路を停止させると共に第１電圧レベルの制御信号をアンテナスイッチ装置に出力し、モード設定信号によって第２周波数帯が選択された際には、発振回路を用いて第２電圧レベルの制御信号をアンテナスイッチ装置に出力する。

これによって、アンテナスイッチ装置では、第２周波数帯の送信信号をアンテナに接続する際に、昇圧された第２電圧レベルの制御信号を用いることでオンスイッチを低挿入損失に設定し、オフスイッチを深いオフ状態に設定できる。一方、第１周波数帯の送信信号をアンテナに接続する際には、例えば、第１電圧レベルの制御信号を当該送信信号を利用して昇圧することで、オンスイッチを低挿入損失に設定し、オフスイッチを深いオフ状態に設定できる。この際に、高周波電力増幅装置では増幅回路が活性化されるが、発振回路が停止しているため、スプリアス等の問題は生じない。このようなことから、高周波電力増幅装置に昇圧回路を問題なく集積化することができ、高周波モジュールの低コスト化または小型化、強いては、無線通信システムの低コスト化または小型化が図れる。

本願において開示される発明のうち、代表的な実施の形態によって得られる効果を簡単に説明すると、マルチバンド対応の高周波モジュールおよび無線通信システムにおいて、低コスト化または小型化が実現可能になる。

本発明の一実施の形態による無線通信システムにおいて、その主要部の概略構成例を示すブロック図である。 図１の無線通信システムにおいて、Ｗ−ＣＤＭＡ選択時の動作例を示す説明図である。 図１の無線通信システムにおいて、ＧＳＭ選択時の動作例を示す説明図である。 図１の無線通信システムにおいて、そのＧＳＭ用高周波電力増幅装置に含まれるアンテナスイッチ用電圧制御回路周りの詳細な構成例を示す回路図である。 図４における昇圧回路の詳細な動作例を示す波形図である。 図４における全体制御回路およびアンテナスイッチ制御回路の詳細な動作例を示す真理値表である。 図１の無線通信システムにおいて、そのアンテナスイッチ装置の主要部の詳細な構成例を示す回路図である。 （ａ）は、図７のアンテナスイッチ装置において、Ｗ−ＣＤＭＡの送信動作時の動作例を示す説明図であり、（ｂ）は（ａ）におけるオフスイッチのバイアス状態の一例を示す補足図である。 図７のアンテナスイッチ装置において、ＧＳＭの送信動作時の動作例を示す説明図である。 図１の無線通信システムを用いることによる相互変調歪みの低減効果を検証した結果を示す図である。 図１の無線通信システムにおいて、その高周波モジュールの模式的な外形例を示す平面図である。 図１の無線通信システムにおいて、その高周波モジュール内に含まれるＧＳＭ用のパワーアンプ回路の構造例を示す断面図である。 図１および図７の無線通信システムにおいて、その高周波モジュール内に含まれるアンテナスイッチ装置の構造例を示す断面図である。 本発明の一実施の形態による無線通信システムにおいて、それを適用した携帯電話システムの構成例を示すブロック図である。

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。

また、実施の形態では、ＭＩＳＦＥＴ（Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor）の一例としてＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）（ＭＯＳトランジスタと略す）を用いるが、ゲート絶縁膜として非酸化膜を除外するものではない。以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

《無線通信システム全体の主要部の概略構成》
図１は、本発明の一実施の形態による無線通信システムにおいて、その主要部の概略構成例を示すブロック図である。図１に示す無線通信システムは、高周波信号処理装置ＲＦＩＣと、高周波モジュールＲＦＭＤと、高周波電力増幅装置ＨＰＡＩＣ２と、デュプレクサＤＰＸと、アンテナＡＮＴを備えている。ＲＦＭＤは、例えば、１個の配線基板によって実現され、当該配線基板上に、高周波電力増幅装置ＨＰＡＩＣ１とアンテナスイッチ装置ＡＮＴＳＷを備えている。ＲＦＩＣは、例えば、一つの半導体チップで構成され、ロウノイズアンプ回路ＬＮＡｌ，ＬＮＡｈ，ＬＮＡｗと、受信用のミキサ回路ＭＩＸｒｌ，ＭＩＸｒｈ，ＭＩＸｒｗと、可変利得増幅回路ＶＧＡと、アナログ・デジタル変換回路ＡＤＣと、デジタル・アナログ変換回路ＤＡＣと、送信用のミキサ回路ＭＩＸｔｌ，ＭＩＸｔｈ，ＭＩＸｔｗを備えている。

ＤＡＣは、ベースバンドユニットＢＢＵからの送信ベースバンド信号（デジタル信号）をアナログベースバンド信号に変換し、ＭＩＸｔｌ又はＭＩＸｔｈ或いはＭＩＸｔｗに送信する。ＭＩＸｔｌは、ＤＡＣからのアナログベースバンド信号をＧＳＭのロウバンド（例えば略８２４ＭＨｚ〜略９１５ＭＨｚ）に周波数変換し、ロウバンド用電力入力信号Ｐｉｎ＿ＬＢとしてＲＦＭＤに出力する。ＭＩＸｔｈは、ＤＡＣからのアナログベースバンド信号をＧＳＭのハイバンド（ＤＣＳ）（例えば略１７１０ＭＨｚ〜略１９１０ＭＨｚ）に周波数変換し、ハイバンド用電力入力信号Ｐｉｎ＿ＨＢとしてＲＦＭＤに出力する。ＭＩＸｔｗは、ＤＡＣからのアナログベースバンド信号をＷ−ＣＤＭＡのバンドに周波数変換し、Ｗ−ＣＤＭＡ用電力入力信号Ｐｉｎ＿ＷとしてＨＰＡＩＣ２に出力する。

ＬＮＡｌは、ＲＦＭＤから出力されたＧＳＭのロウバンド（例えば略８６９ＭＨｚ〜略９６０ＭＨｚｚ）用の受信信号（ＲＸＬＢ）を増幅し、ＭＩＸｒｌは、当該受信信号をベースバンド信号に周波数変換する。ＬＮＡｈは、ＲＦＭＤから出力されたＧＳＭのハイバンド（例えば略１８０５ＭＨｚ〜略１９９０ＭＨｚ）用の受信信号（ＲＸＨＢ）を増幅し、ＭＩＸｒｈは、当該受信信号をベースバンド信号に周波数変換する。なお、実際には、この周波数帯の選択に伴い、ＲＦＭＤとＲＦＩＣの間には、バンドパスフィルタ（例えばＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）フィルタ）等が配置される。ＬＮＡｗは、ＲＦＭＤから出力されたＷ−ＣＤＭＡ用の受信信号（ＴＲＸＡ）をＤＰＸを介して受け、当該信号を増幅する。ＭＩＸｒｗは、ＬＮＡｗの出力信号をベースバンド信号に周波数変換する。ＶＧＡは、ＭＩＸｒｌ又はＭＩＸｒｈ或いはＭＩＸｒｗから出力されたアナログベースバンド信号を所定のゲインで増幅する。ＡＤＣは、ＶＧＡからのアナログベースバンド信号を受信ベースバンド信号（デジタル信号）に変換し、ＢＢＵに出力する。

高周波電力増幅装置ＨＰＡＩＣ２は、Ｗ−ＣＤＭＡ用であり、例えば、一つの半導体チップ（ＭＭＩＣ：Monolithic Microwave Integrated Circuit）で構成される。ＨＰＡＩＣ２は、例えば複数段の電力増幅回路と、最終段の増幅回路に接続されたインピーダンス整合回路ＭＮを備え、前述したＷ−ＣＤＭＡ用電力入力信号Ｐｉｎ＿Ｗを受けて増幅動作を行い、ＤＰＸに向けてＭＮを介してＷ−ＣＤＭＡ用電力出力信号Ｐｏｕｔ＿Ｗを出力する。各電力増幅回路は、例えば、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）やシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）等を代表とする化合物半導体を用いて形成されたヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）で構成される。特にＷ−ＣＤＭＡでは、ＧＳＭに比べて高い電力付加効率（ＰＡＥ）や低い歪み特性が求められるため、ＨＢＴを用いることが有益となる。デュプレクサＤＰＸは、ＨＰＡＩＣ２からのＰｏｕｔ＿Ｗ（送信信号）をＲＦＭＤ（ＡＮＴＳＷ）に出力し、またＲＦＭＤ（ＡＮＴＳＷ）から入力された信号（受信信号）を前述したＲＦＩＣ内のＬＮＡｗに出力する。すなわち、例えば送信バンド用のバンドパスフィルタ回路と受信バンド用のバンドパスフィルタ回路を備え、送信信号と受信信号の分離を行う。

高周波モジュールＲＦＭＤにおいて、ＨＰＡＩＣ１は、例えば、一つの半導体チップで構成され、２個の電力増幅回路部（パワーアンプ回路部）ＰＡＢＫ＿ＬＢ，ＰＡＢＫ＿ＨＢと、全体制御回路ＣＴＬＣと、アンテナスイッチ制御回路ＡＮＴＣＴＬと、アンテナスイッチ用電圧制御回路ＶＣＴＬを備えている。ＰＡＢＫ＿ＬＢは、ＧＳＭのロウバンド用であり、複数段（ここでは３段）の電力増幅回路（パワーアンプ回路）ＰＡ１ｌ〜ＰＡ３ｌを備える。ＰＡＢＫ＿ＬＢは、前述したロウバンド用電力入力信号Ｐｉｎ＿ＬＢを受けて増幅動作を行い、ＰＡ３ｌからＡＮＴＳＷに向けてＧＳＭのロウバンド用の電力出力信号Ｐｏｕｔ＿ＬＢを出力する。ＰＡＢＫ＿ＨＢは、ＧＳＭのハイバンド用であり、複数段（ここでは３段）の電力増幅回路（パワーアンプ回路）ＰＡ１ｈ〜ＰＡ３ｈを備える。ＰＡＢＫ＿ＨＢは、前述したハイバンド用電力入力信号Ｐｉｎ＿ＨＢを受けて増幅動作を行い、ＰＡ３ｈからＡＮＴＳＷに向けてＧＳＭのハイバンド用の電力出力信号Ｐｏｕｔ＿ＨＢを出力する。

全体制御回路ＣＴＬＣは、ベースバンドユニットＢＢＵからＲＦＩＣを介して入力されたモード設定信号Ｍｃｔｌを受け、これに応じて、ＰＡＢＫ＿ＬＢ，ＰＡＢＫ＿ＨＢの活性化・非活性化の制御や、アンテナスイッチ用電圧制御回路ＶＣＴＬの制御や、アンテナスイッチ制御回路ＡＮＴＣＴＬに向けた各種制御信号の出力を行う。ここで、Ｍｃｔｌは、例えば、ＧＳＭのロウバンドの送信モード又は受信モードか、ＧＳＭのハイバンドの送信モード又は受信モードか、あるいはＷ−ＣＤＭＡの送受信モードかを選択的に設定する信号となっている。ＣＴＬＣは、このＭｃｔｌの情報に応じて、アンテナスイッチＡＮＴＳＷ内の各スイッチのオン・オフ状態を表す各種制御信号を出力し、ＡＮＴＣＴＬは、この各種制御信号の電圧レベルを、ＶＣＴＬで定められるアンテナスイッチ用電圧ＶＳＷの電圧レベルに設定したのち、アンテナスイッチ制御信号Ｓｃｔｌとして出力する。

アンテナスイッチ用電圧制御回路ＶＣＴＬは、発振回路ＯＳＣと、昇圧回路ＢＳＴと、電圧生成回路ＶＧＥＮ１と、電圧選択回路ＶＳＥＬを備えている。ＶＧＥＮ１は、第１アンテナスイッチ用電圧ＶＳＷ１（例えば３．１Ｖ）を生成する。ＢＳＴは、ＯＳＣからのクロック信号を用いて、ＶＳＷ１よりも高電圧となる第２アンテナスイッチ用電圧ＶＳＷ２（例えば４．７Ｖ）を生成する。ＶＳＥＬは、このＶＳＷ１かＶＳＷ２のいずれか一方をＶＳＷとして選択し、ＡＮＴＣＴＬに供給する。ここで、ＨＰＡＩＣ１は、例えばＭＯＳプロセス（シリコンプロセス）によって形成され、これに伴い、パワーアンプ回路ＰＡ１ｌ〜ＰＡ３ｌ，ＰＡ１ｈ〜ＰＡ３ｈは、ＬＤＭＯＳＦＥＴ（Laterally Diffused Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）によって構成される。このように、パワーアンプ回路をＭＯＳＦＥＴで構成すると共に、各種制御回路（ＣＴＬＣ，ＡＮＴＣＴＬ，ＶＣＴＬ）を含めて集積化することで、化合物半導体等を用いる場合と比較して、高周波モジュールＲＦＭＤの低コスト化や小型化が実現でき、強いては無線通信システムの低コスト化や小型化が可能になる。すなわち、ＧＳＭは、Ｗ−ＣＤＭＡに比べると、電力付加効率や歪みの特性が要求されないため、このようなＭＯＳプロセスを利用することが有益となる。

高周波モジュールＲＦＭＤにおいて、アンテナスイッチ装置ＡＮＴＳＷは、例えば、一つの半導体チップ（ＭＭＩＣ：Monolithic Microwave Integrated Circuit）で構成され、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）を代表とする化合物半導体基板上に形成される。ＡＮＴＳＷは、ここでは、１個のアンテナＡＮＴ接続用端子ＰＮａｎｔと、２個の送信端子（ＴＸＬＢ，ＴＸＨＢ）と２個の受信端子（ＲＸＬＢ，ＲＸＨＢ）と１個の送受信端子ＴＲＸＡを備えたＳＰ５Ｔ構成となっている。ＰＮａｎｔと、ＴＸＬＢ，ＴＸＨＢ，ＲＸＬＢ，ＲＸＨＢ，ＴＲＸＡの間には、それぞれアンテナスイッチ回路ＳＷｔｌ，ＳＷｔｈ，ＳＷｒｌ，ＳＷｒｈ，ＳＷｔｒが設けられる。各アンテナスイッチ回路は、例えばＨＥＭＴによって構成され、前述したアンテナスイッチ制御信号Ｓｃｔｌによってオン・オフが個別に制御される。

送信端子ＴＸＬＢには、前述したＰＡＢＫ＿ＬＢからのロウバンド用の電力出力信号Ｐｏｕｔ＿ＬＢが入力され、送信端子ＴＸＨＢには、前述したＰＡＢＫ＿ＨＢからのハイバンド用の電力出力信号Ｐｏｕｔ＿ＨＢが入力される。受信端子ＲＸＬＢは、前述したＲＦＩＣ内のＬＮＡｌに接続され、受信端子ＲＸＨＢは、前述したＲＦＩＣ内のＬＮＡｈに接続される。送受信端子ＴＲＸＡは、前述したＤＰＸに接続される。なお、ここでは、ＧＳＭのロウバンドおよびハイバンドにＷ−ＣＤＭＡ用の１バンドを加えてＳＰ５Ｔとしたが、例えば、Ｗ−ＣＤＭＡ用の２バンドを加えてＳＰ６Ｔとしたり、Ｗ−ＣＤＭＡ用の３バンドを加えてＳＰ７Ｔとする等、適宜拡張可能である。例えば、ＳＰ６Ｔとする場合には、ＡＮＴＳＷ内にスイッチ回路が追加され、また、デュプレクサおよび高周波電力増幅装置が追加され、更に、ＲＦＩＣ内にロウノイズアンプ回路やミキサ回路が適宜追加されることになる。この際に、当該高周波電力増幅装置は、例えば、ＨＰＡＩＣ２と同一半導体チップ内に形成することも可能である。

このような構成例において、本実施の形態による無線通信システムおよび高周波モジュールの主要な特徴の一つは、ＧＳＭ用の高周波電力増幅装置ＨＰＡＩＣ１内にアンテナスイッチ用電圧制御回路ＶＣＴＬを設けた点にある。具体的には、ＶＣＴＬは、モード設定信号ＭｃｔｌによってＧＳＭのロウバンドおよびハイバンドが選択された際には、ＣＴＬＣの制御に応じて発振回路ＯＳＣの動作を停止する（ＯＳＣ，ＢＳＴを非活性化する）と共にＶＳＥＬによってＶＳＷ１を選択する。一方、ＭｃｔｌによってＷ−ＣＤＭＡが選択された際には、ＶＣＴＬは、ＣＴＬＣの制御に応じてＯＳＣおよびＢＳＴを動作させる（ＯＳＣ，ＢＳＴを活性化する）と共にＶＳＥＬによってＶＳＷ２を選択する。

図２は、図１の無線通信システムにおいて、Ｗ−ＣＤＭＡ選択時の動作例を示す説明図であり、図３は、図１の無線通信システムにおいて、ＧＳＭ選択時の動作例を示す説明図である。図２に示すように、まず、モード設定信号ＭｃｔｌによってＷ−ＣＤＭＡが選択された際には、高周波電力増幅装置ＨＰＡＩＣ２が活性化されると共に、アンテナスイッチ回路ＳＷｔｒを介してＤＰＸとアンテナＡＮＴとの間の接続経路が構築される。ここで、高周波電力増幅装置ＨＰＡＩＣ１内では、発振回路ＯＳＣおよび昇圧回路ＢＳＴが活性化され、アンテナスイッチ制御回路ＡＮＴＣＴＬにＶＳＷ２（例えば４．７Ｖ）が供給される。ＰＡＢＫ＿ＬＢ，ＰＡＢＫ＿ＨＢは、Ｐｉｎ＿ＬＢ，Ｐｉｎ＿ＨＢに高周波信号が入力されないため、特に増幅動作を行わないが、省電力化等のため、ＣＴＬＣの制御に応じてスリープ状態等に設定されることが望ましい。スリープ状態では、ＰＡＢＫ＿ＬＢ，ＰＡＢＫ＿ＨＢ内の各パワーアンプ回路ＰＡ１ｌ〜ＰＡ３ｌ，ＰＡ１ｈ〜ＰＡ３ｈに対するゲートバイアスの供給やあるいは電源電圧の供給が停止される。

一方、アンテナスイッチ装置ＡＮＴＳＷでは、各スイッチ回路のオン・オフが、アンテナスイッチ制御回路ＡＮＴＣＴＬから出力されたＶＳＷ２の電圧レベルを持つアンテナスイッチ制御信号Ｓｃｔｌによって制御される。具体的には、ＳＷｔｒがオンに制御され、残りのアンテナスイッチ回路ＳＷｔｌ，ＳＷｔｈ，ＳＷｒｌ，ＳＷｒｈはオフに制御される。この場合、高電圧であるＶＳＷ２を用いているため、ＳＷｔｒでの挿入損失は小さくなり、また、ＳＷｔｌ，ＳＷｔｈ，ＳＷｒｌ，ＳＷｒｈは深いオフ状態に駆動されるため、ＳＷｔｒを介して伝送される送信信号（Ｐｏｕｔ＿Ｗ）に生じる歪みを小さくすることが可能になる。

次に、図３に示すように、モード設定信号ＭｃｔｌによってＧＳＭのロウバンド（送信モード又は受信モード）あるいはハイバンド（送信モード又は受信モード）が選択された際（ここではロウバンドの送信モードが選択された場合を例とする）には、高周波電力増幅装置ＨＰＡＩＣ１内のＰＡＢＫ＿ＬＢが活性化される。そして、アンテナスイッチ回路ＳＷｔｌを介してＰＡＢＫ＿ＬＢとアンテナＡＮＴとの間の接続経路が構築される。ここで、発振回路ＯＳＣおよび昇圧回路ＢＳＴは非活性化され、アンテナスイッチ制御回路ＡＮＴＣＴＬにＶＳＷ１（例えば３．１Ｖ）が供給される。ＰＡＢＫ＿ＨＢは、Ｐｉｎ＿ＨＢに高周波信号が入力されないため、特に増幅動作を行わないが、省電力化等のため、ＣＴＬＣの制御に応じて前述したスリープ状態等に設定されることが望ましい。また、高周波電力増幅装置ＨＰＡＩＣ２も、特に増幅動作を行わず、ＨＰＡＩＣ２用の制御回路（図示せず）によってスリープ状態等に設定されることが望ましい。

一方、アンテナスイッチ装置ＡＮＴＳＷでは、各スイッチ回路のオン・オフが、アンテナスイッチ制御回路ＡＮＴＣＴＬから出力されたＶＳＷ１の電圧レベルを持つアンテナスイッチ制御信号Ｓｃｔｌによって制御される。具体的には、ＳＷｔｌがオンに制御され、残りのアンテナスイッチ回路ＳＷｔｈ，ＳＷｒｌ，ＳＷｒｈ，ＳＷｔｒはオフに制御される。ここで、詳細は後述するが、ＳＷｔｌ，ＳＷｔｈには、そのオン・オフ制御端子（ゲートノード）部分にゲート昇圧回路が備わっている。したがって、ＡＮＴＣＴＬからはＶＳＷ１の電圧レベルを持つＳｃｔｌが出力されるが、実際上、各スイッチ回路を制御する電圧レベルは、このゲート昇圧回路によって昇圧された電圧レベルとなる。これによって、ＳＷｔｌにおける挿入損失の低減と、ＳＷｔｌを介して伝送される送信信号（Ｐｏｕｔ＿ＬＢ）に生じる歪みの低減が可能となる。

更に、ＨＰＡＩＣ１では、ＯＳＣおよびＢＳＴが非活性状態とされているため、ＰＡＢＫ＿ＬＢの増幅動作に伴うスプリアス（不要波）を低減することが可能になる。すなわち、比較例として、仮にＯＳＣおよびＢＳＴが動作している状態で、ＰＡＢＫ＿ＬＢが増幅動作を行う場合、ＰＡＢＫ＿ＬＢとＯＳＣおよびＢＳＴは同一半導体チップ上に形成されているため、ＯＳＣからのクロック信号がスプリアスとしてＰＡＢＫ＿ＬＢ内に混入し、これが増幅されてアンテナから放射される恐れがある。ＯＳＣおよびＢＳＴを非活性状態とすることで、このような事態を防止することが可能になる。なお、ここでは、ロウバンドの送信モードが選択された場合を例としたが、ハイバンドの送信モードが選択された場合にはＰＡＢＫ＿ＨＢ側が活性化され、これに応じて前述したロウバンド時と同様な動作が行われる。

以上のように、本実施の形態による無線通信システムおよび高周波モジュールは、ＧＳＭ用の増幅回路とアンテナスイッチ制御用の昇圧回路を持つ高周波電力増幅装置ＨＰＡＩＣ１を備え、それを、ＧＳＭ時にはＧＳＭ用の増幅回路として機能させ、Ｗ−ＣＤＭＡ時にはアンテナスイッチ制御用の昇圧回路として機能させる構成となっている。この際に、詳細は後述するが、ＧＳＭ時のアンテナスイッチ用の昇圧電圧は、アンテナスイッチ装置ＡＮＴＳＷ内で生成させる。また、Ｗ−ＣＤＭＡ時のアンテナスイッチ用の昇圧電圧は、前述したように、ＧＳＭとＷ−ＣＤＭＡの送信電力レベルの違いからＡＮＴＳＷ内で生成させることが容易でないため、ＨＰＡＩＣ１内で生成させ、Ｗ−ＣＤＭＡ時の増幅動作は、ＨＰＡＩＣ１内の昇圧回路からのスプリアスが影響しない別のチップ（ＨＰＡＩＣ２）で行わせる。これによって、マルチバンド対応であり、歪み特性やノイズ特性等の性能を十分に満足することが可能な無線通信システムおよび高周波モジュールを低コストまたは小面積で実現可能になる。

図１の構成例の比較例として、ＨＰＡＩＣ１やＡＮＴＳＷ内に昇圧回路を設けず、外部のＤＣ−ＤＣコンバータ等によって昇圧電圧を生成する方式が考えられる。この場合、無線通信システムの大型化やコストの増大を招く恐れがある。また、別の比較例として、ＨＰＡＩＣ１に含まれている昇圧回路部分（ＯＳＣおよびＢＳＴ）をＨＰＡＩＣ１の代わりにＡＮＴＳＷ内に設ける方式が考えられる。この場合、例えば化合物半導体基板等で構成されるＡＮＴＳＷに当該昇圧回路部分を設けることは、コストの増大に繋がり、また、当該昇圧回路部分がノイズ源となってアンテナＡＮＴからの送信・受信信号に影響を及ぼす恐れがある。したがって、図１の構成例は、このような方式と比較して有益となる。なお、ここでは、高周波モジュールＲＦＭＤを、ＨＰＡＩＣ１とＡＮＴＳＷで構成したが、場合によってはＨＰＡＩＣ２やＤＰＸも加えて構成することも可能である。ただし、例えば、ＧＳＭとＷ−ＣＤＭＡとの組み合わせ方法に柔軟性を持たせる観点等からは、分離して構成する方が望ましい。

《アンテナスイッチ用電圧制御回路ＶＣＴＬ周りの詳細構成》
図４は、図１の無線通信システムにおいて、そのＧＳＭ用高周波電力増幅装置に含まれるアンテナスイッチ用電圧制御回路ＶＣＴＬ周りの詳細な構成例を示す回路図である。図４に示すように、ＶＣＴＬ内の電圧生成回路ＶＧＥＮ１は、例えば、負帰還構成のアンプ回路ＡＭＰａによって実現される。ＡＭＰａは、基準電圧生成回路（バンドギャップリファレンス回路）ＢＧＲから生成された、外部環境（電源電圧（バッテリ電圧）や温度等）に依存しない基準電圧Ｖｒｅｆを受け、抵抗Ｒ１ａ，Ｒ２ａの比率によって、（Ｖｒｅｆ×（Ｒ２ａ）／（Ｒ１ａ＋Ｒ２ａ））で定められるアンテナスイッチ用電圧ＶＳＷ１（例えば３．１Ｖ）を生成する。すなわち、仮にバッテリ電圧が４Ｖ前後で変動したような場合でも、常に一定の電圧レベルを生成する。

ＶＣＴＬ内の発振回路ＯＳＣは、負帰還構成のアンプ回路ＡＭＰｂと、ＡＭＰｂからの出力電圧を電源電圧として動作し、リング状に接続された複数段（奇数段）のインバータ回路で構成されたリングオシレータ回路ＲＯＳＣを備えている。ＡＭＰｂは、ＡＭＰａと同様に、基準電圧生成回路ＢＧＲからのＶｒｅｆを受け、抵抗Ｒ１ｂ，Ｒ２ｂの比率に応じた出力電圧を生成する。ＲＯＳＣは、この出力電圧に応じた発振周波数（例えば１０ＭＨｚ等）を持つクロック信号を生成する。当該クロック信号は、インバータ回路ＩＶ１０，ＩＶ１１を介して正極クロック信号ＣＬＫ１となり、インバータ回路ＩＶ２０を介して負極クロック信号ＣＬＫ２となる。

ＶＣＴＬ内の昇圧回路ＢＳＴは、ダイオードＤ１，Ｄ２および容量Ｃ１，Ｃ２からなる所謂ディクソン型の第１チャージポンプ回路と、同様にダイオードＤ３，Ｄ４および容量Ｃ３，Ｃ４からなり、第１チャージポンプ回路と逆相で動作する第２チャージポンプ回路と、これらの出力電圧を合成するスイッチ回路Ｓ１，Ｓ２および容量Ｃ５を備える。Ｄ１は、ＶＧＥＮ１の出力ノード（ＶＳＷ１）とノードＮａの間に、ＶＳＷ１側をアノード（Ｎａ側をカソード）として接続され、Ｄ２は、ＮａとノードＮｂの間に、Ｎａ側をアノードとして接続される。Ｃ１は、一端にＮａが接続され、他端にＣＬＫ２が供給され、Ｃ２は、一端にＮｂが接続され、他端にＣＬＫ１が供給される。

Ｄ３は、ＶＧＥＮ１の出力ノード（ＶＳＷ１）とノードＮｃの間に、ＶＳＷ１側をアノードとして接続され、Ｄ４は、ＮｃとノードＮｄの間に、Ｎｃ側をアノードとして接続される。Ｃ３は、一端にＮｃが接続され、他端にＣＬＫ１が供給され、Ｃ４は、一端にＮｄが接続され、他端にＣＬＫ２が供給される。Ｓ１は、一端がＮｂに、他端がノードＮｅにそれぞれ接続され、Ｓ２は、一端がＮｄに、他端がＮｅにそれぞれ接続され、Ｃ５は、一端がＮｅに、他端が接地電源電圧ＧＮＤにそれぞれ接続される。Ｓ１は、ＣＬＫ１の‘Ｈ’レベルに応じてオンに駆動され、Ｓ２は、ＣＬＫ２の‘Ｈ’レベルに応じてオンに駆動され、Ｎｅからアンテナスイッチ用電圧ＶＳＷ２（例えば４．７Ｖ）が生成される。

ＶＣＴＬ内の電圧選択回路ＶＳＥＬは、ここではｐチャネル型ＭＯＳトランジスタＭＰ１で構成される。ＭＰ１は、ソースが容量Ｃ５の一端（ノードＮｅ）に、ドレインがＶＧＥＮ１の出力ノード（ＶＳＷ１）にそれぞれ接続される。また、ＭＰ１のゲートは、レベルシフト回路ＬＳを介して出力された全体制御回路ＣＴＬＣからの制御信号によって駆動される。ＬＳは、ＣＴＬＣの信号レベル（例えば３．１Ｖレベル）をＭＰ１のソース（Ｃ５の一端となるノードＮｅ）の電圧レベルに変換する。

全体制御回路ＣＴＬＣは、モード設定信号Ｍｃｔｌを構成する各種制御信号ＴＸ＿ＥＮ，ＢＳ１，ＢＳ２，ＴＲ＿ＳＷ＿ＥＮを受け、これに応じて、前述した電圧選択回路ＶＳＥＬの制御と、アンテナスイッチ制御回路ＡＮＴＣＴＬに向けた各種制御信号の出力と、発振回路ＯＳＣに向けた発振イネーブル信号ＥＮ＿ＯＳＣの出力を行う。ＡＮＴＣＴＬは、前述したＣＴＬＣからの各種制御信号を受け、当該制御信号の電圧レベルをレベルシフト回路ＬＳを用いてアンテナスイッチ用電圧ＶＳＷの電圧レベルに変換し、アンテナスイッチ制御信号Ｓｃｔｌとして出力する。アンテナスイッチ用電圧ＶＳＷは、前述したＭＰ１のソース（Ｃ５の一端となるノードＮｅ）から得られる。

次に図４の動作例について説明する。まず、モード設定信号Ｍｃｔｌ（ＴＸ＿ＥＮ，ＢＳ１，ＢＳ２，ＴＲ＿ＳＷ＿ＥＮの組み合わせ）によってＧＳＭのロウバンド又はハイバンドが選択された場合、全体制御回路ＣＴＬＣは、発振イネーブル信号ＥＮ＿ＯＳＣを用いて発振回路ＯＳＣの動作を停止させる。具体的には、例えば、ＥＮ＿ＯＳＣの非活性レベルに応じてアンプ回路ＡＭＰｂの動作を停止させ、その出力電圧をＧＮＤレベル（又は‘Ｈ’レベルでもよい）に固定する。これに伴い、ＯＳＣは発振動作を停止し、ＣＬＫ１が‘Ｌ’レベル（ＧＮＤレベル）に、ＣＬＫ２が‘Ｈ’レベルに固定される。また、ＣＴＬＣは、ＭＰ１のゲートに‘Ｌ’レベル（ＧＮＤレベル）を印加し、ＭＰ１をオンに駆動する。これにより、ＶＳＷの電圧レベルは、ＭＰ１を介したＶＳＷ１の電圧レベルとなる。この際に、ノードＮｅとＶＧＥＮ１の出力ノード（ＶＳＷ１）との間にＤ３，Ｄ４およびＳ２を介した接続経路が存在するが、Ｄ３，Ｄ４は逆バイアスされることになるため、実質的に当該接続経路は遮断状態となる。ＡＮＴＣＴＬは、このＶＳＷ１（例えば３．１Ｖ）の電圧レベルを用いてＳｃｔｌを出力する。

一方、Ｍｃｔｌ（ＴＸ＿ＥＮ，ＢＳ１，ＢＳ２，ＴＲ＿ＳＷ＿ＥＮの組み合わせ）によってＷ−ＣＤＭＡが選択された場合、ＣＴＬＣは、ＥＮ＿ＯＳＣを用いてＯＳＣを活性化し、ＢＳＴに昇圧動作を行わせる。これによって、ノードＮｅには、昇圧電圧となるＶＳＷ２が生成される。また、ＣＴＬＣは、ＭＰ１のゲートに‘Ｈ’レベル（レベルシフト回路ＬＳを介してＶＳＷ２の電圧レベルとなる）を印加し、ＭＰ１をオフに駆動する。これにより、ＶＳＷの電圧レベルは、ＢＳＴを介したＶＳＷ２の電圧レベルとなる。ＡＮＴＣＴＬは、このＶＳＷ２（例えば４．７Ｖ）の電圧レベルを用いてＳｃｔｌを出力する。このように、図４の構成例は、電圧選択回路ＶＳＥＬとして１個のトランジスタ（ＭＰ１）を用いてＶＳＷ１とＶＳＷ２の選択を行うものとなっている。これによって、例えば単純に２個のスイッチを相補的に制御することで選択を行うような方式と比較して回路面積の低減が可能になる。

《昇圧回路ＢＳＴの詳細動作》
図５は、図４における昇圧回路ＢＳＴの詳細な動作例を示す波形図である。図５に示すように、ここでは、３．１Ｖレベルのクロック信号ＣＬＫ１，ＣＬＫ２を用いるものとし、各ダイオードＤ１〜Ｄ４の順方向電圧をＶＦとして、まず、ノードＮａの電圧は、ＣＬＫ２が‘Ｌ’レベルの際にＣ１によって（３．１−ＶＦ）Ｖに充電される。次いで、ＣＬＫ２が‘Ｈ’レベルに遷移すると、Ｎａの電圧は、Ｃ１の充電電圧にこのＣＬＫ２の遷移分が加算され、（２×３．１−ＶＦ）Ｖに昇圧される。Ｎａの電圧は、ＣＬＫ２の‘Ｌ’レベルおよび‘Ｈ’レベルへの遷移に応じて、（３．１−ＶＦ）Ｖと（２×３．１−ＶＦ）Ｖの間で遷移する。ただし、実際には、ＣＬＫ２の発振周波数やアンテナスイッチ制御回路ＡＮＴＣＴＬの消費電流等に応じた放電電圧ΔＶが存在するため、Ｎａにおける昇圧電圧は、（２×３．１−ＶＦ−ΔＶ）Ｖとなる。

同様に、ノードＮｂの電圧は、ＣＬＫ１が‘Ｌ’レベルの際にＣ２によって（Ｎａの電圧−ＶＦ）（＝２×３．１−２×ＶＦ−ΔＶ）Ｖに充電される。次いで、ＣＬＫ１が‘Ｈ’レベルに遷移すると、Ｎｂの電圧は、Ｃ２の充電電圧にこのＣＬＫ１の遷移分が加算され、（３×３．１−２×ＶＦ−ΔＶ）Ｖに昇圧される。ただし、実際には、前述した放電電圧ΔＶが存在するため、昇圧電圧は（３×３．１−２×ＶＦ−２×ΔＶ）Ｖとなる。Ｎｂの電圧は、ＣＬＫ１の‘Ｌ’レベルおよび‘Ｈ’レベルへの遷移に応じて、（２×３．１−２×ＶＦ−ΔＶ）Ｖと（３×３．１−２×ＶＦ−２×ΔＶ）Ｖの間で遷移する。

一方、ノードＮｃの電圧は、ノードＮａの場合とは逆相のクロック信号ＣＬＫ１に応じてＮａの場合と同様の動作を行うため、ＣＬＫ１の‘Ｌ’レベルおよび‘Ｈ’レベルへの遷移に応じて、（３．１−ＶＦ）Ｖと（２×３．１−ＶＦ−ΔＶ）Ｖの間で遷移する。同様に、ノードＮｄの電圧は、ノードＮｂの場合とは逆相のクロック信号ＣＬＫ２に応じてＮｂの場合と同様の動作を行うため、ＣＬＫ２の‘Ｌ’レベルおよび‘Ｈ’レベルへの遷移に応じて、（２×３．１−２×ＶＦ−ΔＶ）Ｖと（３×３．１−２×ＶＦ−２×ΔＶ）Ｖの間で遷移する。

ノードＮｅには、ＣＬＫ１が‘Ｈ’レベルの際にノードＮｂの電圧が伝送され、ＣＬＫ２が‘Ｈ’レベルの際にノードＮｄの電圧が伝送されるため、Ｎｅの電圧は、（３×３．１−２×ＶＦ−２×ΔＶ）Ｖの一定電圧レベルとなる。このように、２個のチャージポンプ回路をインターリーブ動作させ、その出力を合成することで、昇圧電圧（ＶＳＷ２）としてリプルが小さい電圧レベルを生成することが可能になる。ＶＳＷ２にリプルが生じると、アンテナスイッチ装置ＡＮＴＳＷを介してアンテナＡＮＴから不要波が生じ得るため、このようなインターリーブ方式を用いることが有益となる。なお、ＶＳＷ２の電圧レベルは、図５から判るように、Ｄ１〜Ｄ４の順方向電圧ＶＦやＯＳＣの発振周波数（ΔＶ）等で適宜調整可能である。また、図５では省略しているが、図４のインバータ回路ＩＶ２０，ＩＶ１０，ＩＶ１１の電源電圧（すなわちＣＬＫ１，ＣＬＫ２の信号レベル）を用いて調整することも可能である。

《全体制御回路ＣＴＬＣおよびアンテナスイッチ制御回路ＡＮＴＣＴＬの詳細動作》
図６は、図４における全体制御回路ＣＴＬＣおよびアンテナスイッチ制御回路ＡＮＴＣＴＬの詳細な動作例を示す真理値表である。ここでは、ベースバンドユニットＢＢＵからのモード設定信号Ｍｃｔｌ（ＴＸ＿ＥＮ，ＢＳ１，ＢＳ２，ＴＲ＿ＳＷ＿ＥＮの組み合わせ）に応じて、９個のモード（Ａ〜Ｅ，Ｇ，Ｈ，Ｊ，Ｋ）が設定可能となっている。また、このＭｃｔｌに応じて、ＡＮＴＣＴＬは、アンテナスイッチ制御信号Ｓｃｔｌとしてそれぞれ電圧レベルが適宜制御された８本の制御信号（ＴＸＬＢＣ，ＴＸＬＢＬ，ＴＸＨＢＣ，ＴＸＨＢＬ，ＲＸ１８００，ＲＸ９００，ＴＲＸＡＣ，ＴＲＸＢＣ）を出力する。

詳細は後述するが、ＴＸＬＢＣ，ＴＸＬＢＬは、ＧＳＭのロウバンドにおける送信用アンテナスイッチ回路の制御信号であり、ＴＸＨＢＣ，ＴＸＨＢＬは、ＧＳＭのハイバンドにおける送信用アンテナスイッチ回路の制御信号である。ＲＸ１８００は、ＧＳＭのハイバンドにおける受信用アンテナスイッチ回路の制御信号であり、ＲＸ９００は、ＧＳＭのロウバンドにおける受信用アンテナスイッチ回路の制御信号である。ＴＲＸＡＣは、Ｗ−ＣＤＭＡのバンドＡにおける送受信用アンテナスイッチ回路の制御信号であり、ＴＲＸＢＣは、Ｗ−ＣＤＭＡのバンドＢにおける送受信用アンテナスイッチ回路の制御信号である。特に限定はされないが、Ｗ−ＣＤＭＡのバンドＡは、３ＧＰＰで規定されるバンド１（送信周波数：１９２０〜１９８０ＭＨｚ、受信周波数：２１１０〜２１７０ＭＨｚ）等であり、Ｗ−ＣＤＭＡのバンドＢは、３ＧＰＰで規定されるバンド５（送信周波数：８２４〜８４９ＭＨｚ、受信周波数：８６９〜８９４ＭＨｚ）等である。

Ｍｃｔｌによって選択されるモードＡは、スリープモードであり、この場合、８本の制御信号は全て‘Ｌ’レベル（ＧＮＤレベル）に駆動されることに加えて、アンテナスイッチ用電圧ＶＳＷの生成動作も行われない。モードＢおよびモードＤは。ＧＳＭ（ロウバンドおよびハイバンド）のアイソレーションモードであり、この場合、ＶＳＷ（ＶＳＷ１）の生成動作は行われるが、８本の制御信号は全て‘Ｌ’レベルに駆動される。モードＣは、ＧＳＭのロウバンドの送信モードであり、この場合、８本の制御信号の内、ＴＸＬＢＣおよびＴＸＬＢＬが‘Ｈ’レベル（ＶＳＷ１レベル）およびハイインピーダンス状態（ＨｉＺ）にそれぞれ制御される。モードＥは、ＧＳＭのハイバンドの送信モードであり、この場合、８本の制御信号の内、ＴＸＨＢＣおよびＴＸＨＢＬが‘Ｈ’レベル（ＶＳＷ１レベル）およびＨｉＺにそれぞれ制御される。

モードＧは、ＧＳＭのハイバンドの受信モードであり、この場合、８本の制御信号の内、ＲＸ１８００が‘Ｈ’レベル（ＶＳＷ１レベル）に制御される。モードＨは、ＧＳＭのロウバンドの受信モードであり、この場合、８本の制御信号の内、ＲＸ９００が‘Ｈ’レベル（ＶＳＷ１レベル）に制御される。モードＪは、Ｗ−ＣＤＭＡのバンドＡの送受信モードであり、この場合、８本の制御信号の内、ＴＲＸＡＣが‘Ｈ’レベル（ＶＳＷ２レベル）に制御される。モードＫは、Ｗ−ＣＤＭＡのバンドＢの送受信モードであり、この場合、８本の制御信号の内、ＴＲＸＢＣが‘Ｈ’レベル（ＶＳＷ２レベル）に制御される。このように、ＧＳＭの際には、ＶＳＷとしてＶＳＷ１が用いられ、Ｗ−ＣＤＭＡの際にはＶＳＷとしてＶＳＷ２が用いられる。

《アンテナスイッチ装置ＡＮＴＳＷの主要部の詳細構成》
図７は、図１の無線通信システムにおいて、そのアンテナスイッチ装置ＡＮＴＳＷの主要部の詳細な構成例を示す回路図である。図７に示すアンテナスイッチ装置ＡＮＴＳＷは、ここでは、１０個のＨＥＭＴ素子Ｑｔｌ，Ｑｔｈ，Ｑｓｌ，Ｑｓｈ，Ｑｒｌ，Ｑｒｈ，Ｑｔｗａ，Ｑｔｗｂ，Ｑｓｗａ，Ｑｓｗｂと、２個のゲート昇圧回路ＧＢＳＴｔｌ，ＧＢＳＴｔｈと、各種結合容量Ｃｔｌ，Ｃｔｈ，Ｃｓｌ，Ｃｓｈ，Ｃｓｗａ，Ｃｓｗｂを備えている。Ｑｔｌは、ＧＳＭのロウバンド用の送信端子ＴＸＬＢとアンテナＡＮＴ用接続端子ＰＮａｎｔの間にソース・ドレイン経路を備え、Ｑｔｈは、ＧＳＭのハイバンド用の送信端子ＴＸＨＢとＰＮａｎｔの間にソース・ドレイン経路を備える。Ｑｒｌは、ＧＳＭのロウバンド用の受信端子ＲＸＬＢとＰＮａｎｔの間にソース・ドレイン経路を備え、Ｑｒｈは、ＧＳＭのハイバンド用の受信端子ＲＸＨＢとＰＮａｎｔの間にソース・ドレイン経路を備える。Ｑｔｗａは、Ｗ−ＣＤＭＡのバンドＡ用の送受信端子ＴＲＸＡとＰＮａｎｔの間にソース・ドレイン経路を備え、Ｑｔｗｂは、Ｗ−ＣＤＭＡのバンドＢ用の送受信端子ＴＲＸＢとＰＮａｎｔの間にソース・ドレイン経路を備える。Ｃｔｌは、ＴＸＬＢとＱｔｌの間に挿入され、Ｃｔｈは、ＴＸＨＢとＱｔｈの間に挿入される。

Ｑｓｌは、ＱｔｌのＴＸＬＢ側のノード（ここではソース）と接地電源電圧ＧＮＤの間にソース・ドレイン経路を備え、Ｑｓｈは、ＱｔｈのＴＸＨＢ側のノード（ここではソース）とＧＮＤの間にソース・ドレイン経路を備える。Ｑｓｗａは、ＱｔｗａのＴＲＸＡ側のノード（ここではソース）とＧＮＤの間にソース・ドレイン経路を備え、Ｑｓｗｂは、ＱｔｗｂのＴＲＸＢ側のノード（ここではソース）とＧＮＤの間にソース・ドレイン経路を備える。Ｃｓｌは、ＱｔｌとＱｓｌの間に挿入され、Ｃｓｈは、ＱｔｈとＱｓｈの間に挿入される。Ｃｓｗａは、ＱｔｗａとＱｓｗａの間に挿入され、Ｃｓｗｂは、ＱｔｗｂとＱｓｗｂの間に挿入される。

このように、１０個のＨＥＭＴ素子の内の６個（Ｑｔｌ，Ｑｔｈ，Ｑｒｌ，Ｑｒｈ，Ｑｔｗａ，Ｑｔｗｂ）は、各送信／受信／送受信端子をＡＮＴに接続するスルー用スイッチであり、残りの４個（Ｑｓｌ，Ｑｓｈ，Ｑｓｗａ，Ｑｓｗｂ）は、各送信／受信／送受信端子をＧＮＤに接続するシャント用スイッチである。したがって、当該構成は、ＳＰ６Ｔ構成のアンテナスイッチとなる。なお、ここでは、記載の簡素化のため、ＧＳＭの受信側に対応するＱｒｌ，Ｑｒｈの詳細は、省略されており、また、Ｑｒｌ，Ｑｒｈに対しても同様にシャント用スイッチが設けられる場合があるが、これも省略している。

各ＨＥＭＴ素子（ここではＱｔｌを代表に説明する）は、ディプレッション型の特性を持ち、ソース・ドレイン間に高抵抗となる抵抗Ｒｄｓを備え、構造上、ゲート・ドレイン間にショットキーバリアダイオードＳＢＤを備えている。Ｑｓｌのドレイン（抵抗Ｒｄｓを介してソース）は、Ｑｔｌのゲートと共通に接続され、Ｑｓｈのドレイン（抵抗Ｒｄｓを介してソース）は、Ｑｔｈのゲートと共通に接続される。また、Ｑｓｗａのドレイン（抵抗Ｒｄｓを介してソース）は、Ｑｔｗａのゲートと共通に接続され、Ｑｓｗｂのドレイン（抵抗Ｒｄｓを介してソース）は、Ｑｔｗｂのゲートと共通に接続される。Ｑｓｌ，Ｑｓｈ，Ｑｓｗａ，Ｑｓｗｂのゲートは、ＧＮＤに接続される。

Ｗ−ＣＤＭＡの送信用となるＱｔｗａのゲートは、図６に示した制御信号ＴＲＸＡＣで駆動され、同じくＷ−ＣＤＭＡの送信用となるＱｔｗｂのゲートは、図６に示した制御信号ＴＲＸＢＣで駆動される。一方、ＧＳＭの送信用となるＱｔｌのゲートは、図６に示した制御信号ＴＸＬＢＣ，ＴＸＬＢＬからゲート昇圧回路ＧＢＳＴｔｌを介して駆動され、同じくＧＳＭの送信用となるＱｔｈのゲートは、図６に示した制御信号ＴＸＨＢＣ，ＴＸＨＢＬからゲート昇圧回路ＧＢＳＴｔｈを介して駆動される。ＧＢＳＴｔｌ，ＧＢＳＴｔｈは、ＧＢＳＴｔｌを代表に説明すると、容量Ｃ１０と、ダイオードＤ１０〜Ｄ１２等を含んで構成される。Ｃ１０は、一端がＱｔｌのゲートに抵抗を介して結合され、他端がＴＸＬＢＬに接続される。Ｄ１０は、アノードがＣ１０の他端に接続され、カソードがＴＸＬＢに抵抗および容量を介して交流的に結合される。Ｄ１１は、アノードがＴＸＬＢに抵抗および容量を介して交流的に結合され、カソードがＣ１０の一端に接続される。Ｄ１２は、アノードがＴＸＬＢＣに抵抗を介して接続され、カソードがＴＸＬＢＬに接続される。なお、Ｃ１０の両端には抵抗が備わっている。

《アンテナスイッチ装置ＡＮＴＳＷの主要部の詳細動作》
図８（ａ）は、図７のアンテナスイッチ装置ＡＮＴＳＷにおいて、Ｗ−ＣＤＭＡの送信動作時の動作例を示す説明図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）におけるオフスイッチのバイアス状態の一例を示す補足図である。図８（ａ）に示すように、例えば、送信端子ＴＲＸＡとアンテナＡＮＴ間で送信信号が通過する場合、スルー用のＱｔｗａのゲートには、前述したように４．７Ｖ（ＶＳＷ２レベル）の制御信号ＴＲＸＡＣが印加されるため、Ｑｔｗａは、強いオン状態となる。この時、Ｑｔｗａのドレイン電圧およびソース電圧は、ゲート−ドレイン（ソース）間のＳＢＤに伴い、その順方向電圧ＶＦ（約０．５Ｖ）分下がった約４．２Ｖとなる。また、ＴＲＸＡに接続されたシャント用のＱｓｗａのドレインおよびソースは抵抗Ｒｄｓを介してＴＲＸＡＣと接続されているため、４．７Ｖが印加される。Ｑｓｗａのゲートは０Ｖであることから、ＱｓｗａはＶｇｓ（Ｖｇｄ）＝−４．７Ｖの逆バイアスとなり深いオフ状態となる。

一方、ＴＲＸＢに接続されたスルー用のＱｔｗｂは、ドレインおよびソース電圧が４．２Ｖであり、ゲートがＴＲＸＢＣによって０Ｖに駆動されていることから、Ｖｇｓ（Ｖｇｄ）＝−４．２Ｖの逆バイアスとなり、深いオフ状態となる。また、ＴＲＸＢに接続されたシャント用のＱｓｗｂは、ＴＲＸＢＣの０Ｖに伴いＶｇｓ（Ｖｇｄ）＝０Ｖであることからオン状態となる。他の端子（ＴＸＬＢ，ＴＸＨＢ，ＲＸＬＢ，ＲＸＨＢ）に接続されているスルー用のＱｔｌ，Ｑｔｈ，Ｑｒｌ，Ｑｒｈ（およびシャント用のＱｓｌ，Ｑｓｈ（省略））に関しても、前述したＴＲＸＢに接続されたＱｔｗｂ，Ｑｓｗｂと同じ回路構成および動作状態となる。すなわち、スルー用のＨＥＭＴ素子はオフに制御され、シャント用のＨＥＭＴ素子はオンに制御される。このように動作することで、ＴＲＸＡに入力された送信信号は低挿入損失で伝達され、他の端子への電力漏れや歪みの発生を大きく低減した状態でアンテナＡＮＴに出力される。

ここで、歪みの発生に関し、その発生要因として、オフ状態のＨＥＭＴ素子の影響が挙げられる。オフ状態のＨＥＭＴ素子は、図８（ｂ）に示すようなオフ容量Ｃｏｆｆ特性を持っている。仮にオフ状態のＶｇｓがしきい値電圧Ｖｔｈ（例えば−０．８Ｖ）近辺の場合、Ｃｏｆｆの特性が非線形領域となるため、この影響でスルー用のＨＥＭＴ素子からの送信信号に歪みが生じてしまう。このような歪みを抑制するためには、オフ状態のＨＥＭＴ素子のＶｇｓをＣｏｆｆの非線形性が小さくなる領域（例えばＶｇｓ＝−４．２Ｖ等）にバイアスすればよい。オフ状態のＨＥＭＴ素子がＣｏｆｆの線形領域にバイアスされていれば、外部から大信号が入力されたとしても、特に歪みの問題は生じない。

図９は、図７のアンテナスイッチ装置ＡＮＴＳＷにおいて、ＧＳＭの送信動作時の動作例を示す説明図である。ここでは、送信端子ＴＸＬＢとアンテナＡＮＴ間で送信信号が通過する場合を例とする。まず、ＴＸＬＢに接続されたスルー用のＱｔｌを駆動するゲート昇圧回路ＧＢＳＴｔｌは、ＴＸＬＢから入力された大信号の電力信号を検波ならびに整流することでＱｔｌのゲート電圧を昇圧する回路である。これによって、オフ状態にあるスルー用のＨＥＭＴ素子に対し、十分な電力耐量を確保することができ、高調波歪を抑制することが可能となる。

昇圧回路ＧＢＳＴｔｌでは、図６等で述べたように、制御信号ＴＸＬＢＣは３．１Ｖに設定され、制御信号ＴＸＬＢＬはＨｉＺに設定される。ＴＸＬＢに入力された送信信号の振幅がプラス（ＴＸＬＢ＞ＴＸＬＢＣ）の場合、ＴＸＬＢＣに対しＴＸＬＢの電位が高い為、ダイオードＤ１０はオフ状態となり、ダイオードＤ１１はオン状態となる。この際に、ＴＸＬＢから抵抗を介して減衰した送信信号はＤ１１を通過することで半波整流され、これに伴い、容量Ｃ１０のＤ１１側にはプラスの電荷が蓄積される。一方、ＴＸＬＢに入力された送信信号の振幅がマイナス（ＴＸＬＢ＜ＴＸＬＢＣ）の場合、Ｄ１０はオン状態となり、Ｄ１１はオフ状態となる。この際に、ＴＸＬＢから抵抗を介して減衰した送信信号はＤ１０を通過することで半波整流され、これに伴い、容量Ｃ１０のＤ１０側にはマイナスの電荷が蓄積される。このようにＣ１０において電荷の蓄積を繰り返すことにより、Ｃ１０の電荷は保持され、Ｑｔｌのゲートに、昇圧された一定の電圧を印加することが可能となる。

このＱｔｌのゲート電圧は、ゲート−ドレイン（ソース）間のＳＢＤを介してアンテナ用接続端子ＰＮａｎｔの電圧Ｖｄを昇圧する。具体的には、Ｖｄは、ＧＢＳＴｔｌによる昇圧電圧をΔＶ、ＳＢＤの順方向電圧をＶＦとして、Ｖｄ＝（３．１＋ΔＶ−ＶＦ）Ｖとなる。この時、ＴＸＨＢ，ＲＸＬＢ，ＲＸＨＢ，ＴＲＸＡ，ＴＲＸＢに接続される各スルー用のＱｔｈ，Ｑｒｌ，Ｑｒｈ，Ｑｔｗａ，Ｑｔｗｂのソースおよびドレイン電圧は、抵抗Ｒｄｓを介してＶｄと同電位となり、また、これらのゲート電圧は、０Ｖとなっているため、深いオフ状態となる。これによって、ＴＸＬＢから入力された大信号の送信信号に対しても、オフ状態を安定に保ち続けることができ、オフ容量Ｃｏｆｆに伴う歪みの量も特に問題が無いレベルを確保することが可能となる。なお、ＴＸＬＢに接続されたシャント用のＱｓｌは、Ｑｔｌのゲート電圧が（３．１＋ΔＶ）Ｖであるため、Ｖｇｓ＝−（３．１＋ΔＶ）Ｖにバイアスされ、深いオフ状態となる。また、その他のシャント用のＨＥＭＴ素子は、Ｖｇｓ＝０Ｖであるため、オン状態となる。

このように、アンテナスイッチ装置ＡＮＴＳＷにおいては、ＧＳＭの送信用アンテナスイッチのゲート部分にゲート昇圧回路を設けることで、ＧＳＭ時にアンテナスイッチ制御回路ＡＮＴＣＴＬからの制御信号の電圧レベルが３．１Ｖであっても、特に問題なく動作を行うことが可能になる。なお、ここでは、各アンテナスイッチ回路を１個のＨＥＭＴ素子で構成したが、実際には、耐圧確保等の観点から、直列接続された複数のＨＥＭＴ素子で構成することもある。

《本実施の形態による効果》
図１０は、図１の無線通信システムを用いることによる相互変調歪み（ＩＭＤ：Inter modulation Distortion）の低減効果を検証した結果を示す図である。図１０は、アンテナスイッチ装置ＡＮＴＳＷの送信端子から２０ｄＢｍの送信信号（８３６ＭＨｚ）を入力すると共にアンテナから−１５ｄＢｍの妨害波（７９１ＭＨｚ）を入力し、受信端子に現れる所定の周波数（８８１ＭＨｚ＝２×８３６−７９１）の電力レベルを観測したものである。この際には、アンテナスイッチ（ＨＥＭＴ素子）のゲート電圧（アンテナスイッチ用電圧ＶＳＷ）を変動させて観測を行っている。Ｗ−ＣＤＭＡでは、ＩＭＤ特性の値として例えば−１０１ｄＢｍ未満の値が望まれる。図１０に示すように、ＶＳＷが小さい場合には、オフ状態のアンテナスイッチにおけるオフ容量Ｃｏｆｆの影響でＩＭＤ特性が悪化する。例えば、ＶＳＷ＝３．１Ｖの場合には、−９７ｄＢｍとなる。そこで、例えばＶＳＷ＝４．７Ｖに設定すると、約７ｄＢｍ程度改善効果により−１０４ｄＢｍを実現でき、Ｗ−ＣＤＭＡ時の目標を十分に満たすことが可能になる。

《高周波モジュールの外観》
図１１は、図１の無線通信システムにおいて、その高周波モジュールＲＦＭＤの模式的な外形例を示す平面図である。ＲＦＭＤは、複数の配線層を含んだ配線基板（例えばセラミック基板やガラスエポキシ基板等）ＰＣＢ上に、２個の半導体チップ（ＨＰＡＩＣ１，ＡＮＴＳＷ）が実装され、これらが配線層を介して適宜接続されることで構成される。前述したように、ＨＰＡＩＣ１は、例えばシリコン基板等で実現され、ＡＮＴＳＷは、例えばＧａＡｓを代表とする化合物半導体基板等で実現される。ここでは、ＨＰＡＩＣ１の左側にＧＳＭのロウバンド用の各種端子等が配置され、右側にＧＳＭのハイバンド用の各種端子等が配置される。また、ＨＰＡＩＣ１の上側にアンテナスイッチ制御信号Ｓｃｔｌ用の各種端子が配置され、その上のＡＮＴＳＷが実装されている。

ＨＰＡＩＣ１の左側では、ロウバンド用電力入力信号Ｐｉｎ＿ＬＢの入力端子が配置され、それがボンディングワイヤＢＷを介してＨＰＡＩＣ１に接続されている。ＨＰＡＩＣ１は、Ｐｉｎ＿ＬＢを増幅し、ロウバンド用電力出力信号Ｐｏｕｔ＿ＬＢをＢＷを介して出力端子に出力する。当該出力端子（Ｐｏｕｔ＿ＬＢ）の先には、インピーダンス整合回路ＭＮ＿ＬＢやカプラＣＰＬ＿ＬＢが配置される。ＭＮ＿ＬＢ，ＣＰＬ＿ＬＢは、ＰＣＢ上の配線パターンや、ＳＭＤ（Surface Mount Device）等で構成される各種外付け部品（容量等）によって実現される。ＣＰＬ＿ＬＢは、Ｐｏｕｔ＿ＬＢの電力レベルを検出する回路であり、この検出結果がＨＰＡＩＣ１にフィードバックされることでＰｏｕｔ＿ＬＢの電力レベルが所定のレベルに調整される。

ＨＰＡＩＣ１の右側では、ハイバンド用電力入力信号Ｐｉｎ＿ＨＢの入力端子が配置され、それがＢＷを介してＨＰＡＩＣ１に接続されている。ＨＰＡＩＣ１は、Ｐｉｎ＿ＨＢを増幅し、ハイバンド用電力出力信号Ｐｏｕｔ＿ＨＢをＢＷを介して出力端子に出力する。当該出力端子（Ｐｏｕｔ＿ＨＢ）の先には、インピーダンス整合回路ＭＮ＿ＨＢやカプラＣＰＬ＿ＨＢが配置される。ＭＮ＿ＨＢ，ＣＰＬ＿ＨＢは、ＰＣＢ上の配線パターンや、ＳＭＤ等で構成される各種外付け部品（容量等）によって実現される。ＣＰＬ＿ＨＢは、Ｐｏｕｔ＿ＨＢの電力レベルを検出する回路であり、この検出結果がＨＰＡＩＣ１にフィードバックされることでＰｏｕｔ＿ＨＢの電力レベルが所定のレベルに調整される。

ＨＰＡＩＣ１の上側には、図６等で述べたＳｃｔｌ用の複数の端子が配置され、ＨＰＡＩＣ１は、当該端子にＢＷを介してＳｃｔｌを出力し、それがＰＣＢ上で伝送されたのち、ＢＷを介してＡＮＴＳＷに入力される。ＡＮＴＳＷの周りには、図１、図７等に示した各種端子（ＴＸＬＢ，ＴＸＨＢ，ＲＸＬＢ，ＲＸＨＢ，ＴＲＸＡ，ＴＲＸＢ，ＰＮａｎｔ）が配置され、これらがＢＷを介してＡＮＴＳＷに接続されている。この内、ＧＳＭのロウバンド用の送信端子ＴＸＬＢには、前述したＭＮ＿ＬＢを介して伝送された信号が入力され、ＧＳＭのハイバンド用の送信端子ＴＸＨＢには、前述したＭＮ＿ＨＢを介して伝送された信号が入力される。

《ＬＤＭＯＳＦＥＴの構造》
図１２は、図１の無線通信システムにおいて、その高周波モジュールＲＦＭＤ内に含まれるＧＳＭ用のパワーアンプ回路ＰＡの構造例を示す断面図である。前述したように、ＧＳＭ用のパワーアンプ回路ＰＡ１ｌ〜ＰＡ３ｌ，ＰＡ１ｈ〜ＰＡ３ｈは、ＬＤＭＯＳＦＥＴ（横方向拡散ＭＯＳＦＥＴ）を用いて構成することができる。図１２に示すように、ｐ＋型単結晶シリコンからなる半導体基板１０１の主面には、ｐ−型単結晶シリコンからなるエピタキシャル層１０２が形成され、エピタキシャル層１０２の主面の一部には、ＬＤＭＯＳＦＥＴのドレイン領域からソース領域への空乏層の延びを抑えるパンチスルーストッパとしてのｐ型ウェル１０６が形成されている。ｐ型ウェル１０６の表面には、酸化シリコン膜などからなるゲート絶縁膜１０７を介してＬＤＭＯＳＦＥＴのゲート電極１０８が形成されている。ゲート電極１０８は、例えばｎ型の多結晶シリコン膜あるいはｎ型の多結晶シリコン膜と金属シリサイド膜の積層膜などからなり、ゲート電極１０８の側壁には、酸化シリコン膜などからなるサイドウォール１１１が形成されている。

エピタキシャル層１０２の内部のチャネル形成領域を挟んで互いに離間する領域には、ＬＤＭＯＳＦＥＴのソース領域とドレイン領域が形成されている。ドレイン領域は、チャネル形成領域に接するｎ−型オフセットドレイン領域１０９と、ｎ−型オフセットドレイン領域１０９に接し、チャネル形成領域から離間して形成されたｎ型オフセットドレイン領域１１２と、ｎ型オフセットドレイン領域１１２に接し、チャネル形成領域からさらに離間して形成されたｎ＋型ドレイン領域１１３とからなる。これらｎ−型オフセットドレイン領域１０９、ｎ型オフセットドレイン領域１１２およびｎ＋型ドレイン領域１１３のうち、ゲート電極１０８に最も近いｎ−型オフセットドレイン領域１０９は不純物濃度が最も低く、ゲート電極１０８から最も離間したｎ＋型ドレイン領域１１３は不純物濃度が最も高くなっている。

ＬＤＭＯＳＦＥＴのソース領域は、チャネル形成領域に接するｎ−型ソース領域１１０と、ｎ−型ソース領域１１０に接し、チャネル形成領域から離間して形成され、ｎ−型ソース領域１１０よりも不純物濃度が高いｎ＋型ソース領域１１４とからなる。ｎ−型ソース領域１１０の下部には、ｐ型ハロー領域（図示せず）を形成することもできる。ｎ＋型ソース領域１１４の端部（ｎ−型ソース領域１１０と接する側と反対側の端部）には、ｎ＋型ソース領域１１４と接するｐ型打抜き層１０４が形成されている。ｐ型打抜き層１０４の表面近傍には、ｐ＋型半導体領域１１５が形成されている。ｐ型打抜き層１０４は、ＬＤＭＯＳＦＥＴのソース領域と半導体基板１０１とを電気的に接続するための導電層であり、例えばエピタキシャル層１０２に形成した溝１０３の内部に埋め込んだｐ型多結晶シリコン膜によって形成される。

ＬＤＭＯＳＦＥＴのｐ型打抜き層１０４（ｐ＋型半導体領域１１５）、ソース領域（ｎ＋型ソース領域１１４）およびドレイン領域（ｎ＋型ドレイン領域１１３）のそれぞれの上部には、絶縁膜１２１（層間絶縁膜）に形成されたコンタクトホール１２２内のプラグ１２３が接続されている。ｐ型打抜き層１０４（ｐ＋型半導体領域１１５）およびソース領域（ｎ＋型ソース領域１１４）には、プラグ１２３を介してソース電極１２４ａが接続され、ドレイン領域（ｎ＋型ドレイン領域１１３）には、プラグ１２３を介してドレイン電極１２４ｂが接続されている。

ソース電極１２４ａおよびドレイン電極１２４ｂのそれぞれには、ソース電極１２４ａおよびドレイン電極１２４ｂを覆う絶縁膜（層間絶縁膜）１２５に形成されたスルーホール１２６内のプラグ１２７を介して配線１２８が接続されている。配線１２８の上部には、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層膜からなる表面保護膜（絶縁膜）１２９が形成されている。図示はしないが、表面保護膜１２９に形成された開口部から露出する配線１２８（およびその上に形成した金膜など）により、パッド電極（ボンディングパッド）が形成されている。また、半導体基板１０１の裏面には裏面電極（ソース裏面電極）１３０が形成されている。

《ＨＥＭＴの構造》
図１３は、図１および図７の無線通信システムにおいて、その高周波モジュールＲＦＭＤ内に含まれるアンテナスイッチ装置ＡＮＴＳＷの構造例を示す断面図である。前述したように、ＡＮＴＳＷ内の各アンテナスイッチ回路は、ＨＥＭＴ素子を用いて構成することができる。図１３において、半絶縁性基板２００上には、エピタキシャル層２０１が形成されている。半絶縁性基板２００とは、化合物半導体であるＧａＡｓ基板から構成される以下に示すような基板である。つまり、禁制帯幅の大きい化合物半導体では、ある種の不純物を添加すると、禁制帯の内部に深い準位が形成される。そして、この深い準位の電子および正孔が固定され、伝導帯の電子密度あるいは価電子帯の正孔密度が非常に小さくなり絶縁体に近くなる。このような基板を半絶縁性基板と呼ぶ。ＧａＡｓ基板では、Ｃｒ、Ｉｎ、酸素などを添加したり、過剰に砒素を導入することにより深い準位が形成され、半絶縁性基板となる。

半絶縁性基板２００上に形成されているエピタキシャル層２０１は、例えば、ＧａＡｓ層から形成されている。そして、このエピタキシャル層２０１上にバッファ層２０２が形成され、このバッファ層２０２上にＡｌＧａＡｓ層２０３が形成される。このＡｌＧａＡｓ層２０３はメサ形状に加工され素子分離がなされている。そして、ＡｌＧａＡｓ層２０３上にゲート電極２０６が形成されている。ゲート電極２０６は、例えば、Ｐｔ（白金）を最下層とする金属層から形成され、下層よりＰｔ、Ｔｉ（チタン）、Ｐｔ、Ａｕ（金）を順次積層した積層膜が用いられる。これにより、ＡｌＧａＡｓ層２０３とゲート電極２０６（最下層のＰｔ）とは、ショットキー接合を形成することになる。さらに、ゲート電極２０６を離間して挟むように、ｎ型ＧａＡｓ層２０４が形成されており、このｎ型ＧａＡｓ層２０４上にオーミック電極２０５ａ、２０５ｂが形成されている。このオーミック電極２０５ａと２０５ｂは、ｎ型ＧａＡｓ層２０４とオーミック接触するように構成されている。

前述した高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）は、半絶縁性基板（化合物半導体基板）２００上に、高抵抗なエピタキシャル層２０１（ＧａＡｓ層）とＡｌＧａＡｓ層２０３を積層して形成し、ＧａＡｓ層とＡｌＧａＡｓ層とのヘテロ結合界面にできる三角形の井戸型ポテンシャルを利用するものである。この高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）は、ＡｌＧａＡｓ層２０３の表面に金属膜を形成してショットキー障壁型のゲート電極２０６を有し、このゲート電極２０６を挟んで、ヘテロ接合面に電流を流すためのオーム性のソース電極（オーミック電極２０５ａ）とドレイン電極（オーミック電極２０５ｂ）を設けた構造をしている。

高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）は、この井戸型ポテンシャルに形成される２次元電子ガスをキャリアとして利用する。ヘテロ接合界面に存在する井戸型ポテンシャルの幅が電子の波長と同程度の幅しかなく、電子は、ほぼ界面に沿った２次元的な運動しかできないため、大きな電子移動度が得られるという特性がある。したがって、２次元電子ガスの高移動度特性により、高周波特性および高速特性に優れ、雑音が非常に少ないことから、高速性を要求されるアンテナスイッチに使用されている。

《携帯電話システム（無線通信システム）の全体構成》
図１４は、本発明の一実施の形態による無線通信システムにおいて、それを適用した携帯電話システムの構成例を示すブロック図である。図１４の携帯電話システムは、ベースバンドユニットＢＢＵ、高周波システム部ＲＦＳＹＳ、アンテナＡＮＴ、スピーカＳＰＫ、およびマイクＭＩＣを備えている。ＢＢＵは、例えば、ＳＰＫやＭＩＣで用いるアナログ信号をデジタル信号に変換したり、通信に伴う様々なデジタル信号処理（変調、復調、デジタルフィルタ処理等）を行ったり、通信に伴う各種制御信号の出力等を行う。この各種制御信号の中には、前述した送信・受信等の各種動作モードを切り替えるモード設定信号Ｍｃｔｌや、送信電力を指示する電力指示信号Ｖｒａｍｐが含まれている。

ＲＦＳＹＳは、高周波信号処理装置ＲＦＩＣと、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）フィルタと、高周波モジュールＲＦＭＤと、高周波電力増幅装置ＨＰＡＩＣ２と、デュプレクサＤＰＸを備えている。ＲＦＩＣは、図１等に示したように、送信用ミキサ回路、受信用ミキサ回路、ロウノイズアンプ回路等を含み、主にＢＢＵで用いるベースバンド信号と、ＲＦＭＤで用いる高周波信号との間で周波数変換（アップコンバート、ダウンコンバート）等を行う。ＲＦＭＤは、例えば、一つのモジュール配線基板で実現され、当該基板上に、高周波電力増幅装置ＨＰＡＩＣ１、カプラＣＰＬ、ロウパスフィルタＬＰＦ、アンテナスイッチ装置ＡＮＴＳＷ等が実装されている。図１等に示したように、ＨＰＡＩＣ２は、ＲＦＩＣから出力されたＷ−ＣＤＭＡ用の送信信号を増幅し、ＤＰＸは、このＷ−ＣＤＭＡ用の送信信号をＡＮＴＳＷに出力すると共にＡＮＴＳＷからの入力されたＷ−ＣＤＭＡ用の受信信号をＲＦＩＣに出力する。

ＨＰＡＩＣ１は、ＲＦＩＣの送信用ミキサ回路等から出力された送信信号を増幅するパワーアンプ回路部ＰＡＢＫと、その送信電力を制御する自動パワー制御回路ＡＰＣを備えている。ＡＰＣは、図１に示した全体制御回路ＣＴＬＣ内に備わっている。カプラＣＰＬは、ＰＡＢＫの送信電力を検出し、その検出結果をＡＰＣに出力する。ＡＰＣは、ＢＢＵから通知されたＶｒａｍｐとＣＰＬによる検出結果に基づいてＰＡＢＫの制御を行う。ＬＰＦは、ＰＡＢＫの送信信号に対してフィルタリングやインピーダンス整合等を行い、ＡＮＴＳＷに出力する。ＡＮＴＳＷは、ＢＢＵからのＭｃｔｌに応じてＨＰＡＩＣ１が生成したアンテナスイッチ制御信号Ｓｃｔｌに基づいてスイッチの切り替えを行う。ＡＮＴＳＷは、Ｓｃｔｌに基づいて、ＬＰＦからのＧＳＭ用の送信信号をアンテナＡＮＴに伝送し、ＡＮＴからのＧＳＭ用の受信信号をＳＡＷフィルタに伝送し、更に、ＤＰＸとＡＮＴの間でＷ−ＣＤＭＡ用の送受信信号を伝送する。ＳＡＷフィルタは、ＧＳＭ用の受信信号から必要な帯域のみを抽出し、ＲＦＩＣに出力する。ＲＦＩＣは、このＳＡＷフィルタからの受信信号をロウノイズアンプ回路で増幅し、受信用ミキサ回路によってベースバンド信号に変換する。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

１０１ 半導体基板
１０２ エピタキシャル層
１０３ 溝
１０４ ｐ型打抜き層
１０６ ｐ型ウェル
１０７ ゲート絶縁膜
１０８ ゲート電極
１０９ ｎ−型オフセットドレイン領域
１１０ ｎ−型ソース領域
１１１ サイドウォール
１１２ ｎ型オフセットドレイン領域
１１３ ｎ＋型ドレイン領域
１１４ ｎ＋型ソース領域
１１５ ｐ＋型半導体領域
１２１ 絶縁膜
１２２ コンタクトホール
１２３ プラグ
１２４ａ ソース電極
１２４ｂ ドレイン電極
１２５ 絶縁膜
１２６ スルーホール
１２７ プラグ
１２８ 配線
１２９ 表面保護膜
１３０ 裏面電極
２００ 半絶縁性基板
２０１ エピタキシャル層
２０２ バッファ層
２０３ ＡｌＧａＡｓ層
２０４ ｎ型ＧａＡｓ層
２０５ａ オーミック電極
２０５ｂ オーミック電極
２０６ ゲート電極
ＡＤＣ アナログ・デジタル変換回路
ＡＭＰ アンプ回路
ＡＮＴ アンテナ
ＡＮＴＣＴＬ アンテナスイッチ制御回路
ＢＢＵ ベースバンドユニット
ＢＧＲ 基準電圧生成回路
ＢＳＴ 昇圧回路
ＢＷ ボンディングワイヤ
Ｃ 容量
ＣＰＬ カプラ
ＣＴＬＣ 全体制御回路
Ｄ ダイオード
ＤＡＣ デジタル・アナログ変換回路
ＤＰＸ デュプレクサ
ＧＢＳＴ ゲート昇圧回路
ＨＰＡＩＣ 高周波電力増幅装置
ＩＶ インバータ回路
ＬＮＡ ロウノイズアンプ回路
ＬＰＦ ロウパスフィルタ
ＬＳ レベルシフト回路
ＭＩＣ マイク
ＭＩＸ ミキサ回路
ＭＮ インピーダンス整合回路
ＭＰ ＰＭＯＳトランジスタ
ＯＳＣ 発振回路
ＰＡ パワーアンプ回路
ＰＡＢＫ パワーアンプ回路部
ＰＣＢ 配線基板
ＰＮａｎｔ アンテナ接続用端子
Ｑ ＨＥＭＴ素子
Ｒ 抵抗
ＲＦＩＣ 高周波信号処理装置
ＲＦＭＤ 高周波モジュール
ＲＦＳＹＳ 高周波システム部
ＲＯＳＣ リングオシレータ回路
ＲＸＬＢ，ＲＸＨＢ 受信端子
Ｓ スイッチ回路
ＳＡＷ ＳＡＷフィルタ
ＳＢＤ ショットキーバリアダイオード
ＳＰＫ スピーカ
ＳＷ アンテナスイッチ回路
ＴＲＸＡ，ＴＲＸＢ 送受信端子
ＴＸＬＢ，ＴＸＨＢ 送信端子
ＶＣＴＬ アンテナスイッチ用電圧制御回路
ＶＧＥＮ 電圧生成回路
ＶＳＥＬ 電圧選択回路

Claims (13)

1. 第１および第２半導体チップと、
   前記第１および第２半導体チップが実装される配線基板とを備え、
   前記第１半導体チップは、
   第１周波数帯の入力信号を増幅し、前記第１周波数帯の送信信号を出力する第１電力増幅回路と、
   第１電圧レベルか、第２電圧レベルを選択して出力する電圧選択回路と、
   前記第１周波数帯か第２周波数帯を表すモード設定信号を受けて、前記第１電力増幅回路および前記電圧選択回路の制御と、前記電圧選択回路の出力を用いて第１制御信号及び第２制御信号の出力を行う制御回路とを有し、
   前記第２半導体チップは、
   前記第１電力増幅回路からの前記第１周波数帯の送信信号が入力される第１送信端子と、
   前記第２周波数帯の送信信号が入力される第２送信端子と、
   アンテナ接続用端子と、
   前記第１送信端子と前記アンテナ接続用端子の間に設けられ、前記第１制御信号の電圧レベルによってオン・オフが制御される第１スイッチと、
   前記第２送信端子と前記アンテナ接続用端子の間に設けられ、前記第２制御信号の電圧レベルによってオン・オフが制御される第２スイッチとを有し、
   前記電圧選択回路は、発振回路を含み、前記発振回路からのクロック信号を用いて前記第１電圧レベルを昇圧することで前記第２電圧レベルを生成し、
   前記制御回路は、
   前記モード設定信号によって前記第２周波数帯が選択された際には、前記電圧選択回路に前記第２電圧レベルを選択させ、接地電圧レベルと前記第２電圧レベルの振幅を持つ前記第１および第２制御信号を出力することで、前記第１スイッチをオフに、前記第２スイッチをオンにそれぞれ駆動し、
   前記モード設定信号によって前記第１周波数帯が選択された際には、前記電圧選択回路の前記発振回路を停止させると共に前記電圧選択回路に前記第１電圧レベルを選択させ、前記接地電圧レベルと前記第１電圧レベルの振幅を持つ前記第１および第２制御信号を出力することで、前記第１スイッチをオンに、前記第２スイッチをオフにそれぞれ駆動し、
   前記第２半導体チップは、更に、前記第１スイッチをオンに制御する際に、前記第１送信端子に入力される電力を用いて前記第１制御信号の電圧レベルを昇圧し、当該昇圧電圧を用いて前記第１スイッチをオンに制御する第１昇圧回路を有する、ことを特徴とする高周波モジュール。
2. 請求項１記載の高周波モジュールにおいて、
   前記第１および第２スイッチは、ＨＥＭＴ素子であることを特徴とする高周波モジュール。
3. 請求項２記載の高周波モジュールにおいて、
   前記第１電力増幅回路は、増幅素子としてＭＩＳＦＥＴを備えることを特徴とする高周波モジュール。
4. 請求項１記載の高周波モジュールにおいて、
   前記電圧選択回路は、前記発振回路に加えて更に、
   外部環境に依存しない基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、
   前記基準電圧を用いて前記第１電圧レベルを生成する第１電圧生成回路と、
   前記第１電圧レベルと前記発振回路からの前記クロック信号を用いてチャージポンプ動作を行うことで前記第２電圧レベルを生成する第２昇圧回路と、
   前記第１電圧レベルか前記第２電圧レベルかを選択する選択スイッチとを有することを特徴とする高周波モジュール。
5. 請求項４記載の高周波モジュールにおいて、
   前記第２昇圧回路は、
   前記第１電圧レベルと前記発振回路からの前記クロック信号の正極側を用いてチャージポンプ動作を行う第１チャージポンプ回路と、
   前記第１電圧レベルと前記発振回路からの前記クロック信号の負極側を用いてチャージポンプ動作を行う第２チャージポンプ回路と、
   前記第１チャージポンプ回路からの出力電圧と前記第２チャージポンプ回路からの出力電圧を前記クロック信号の半周期毎に交互に合成することで前記第２電圧レベルを生成する合成回路とを有することを特徴とする高周波モジュール。
6. 請求項１記載の高周波モジュールにおいて、
   前記第１周波数帯は、ＧＳＭ用の周波数帯であり、
   前記第２周波数帯は、Ｗ−ＣＤＭＡ用の周波数帯であることを特徴とする高周波モジュール。
7. それぞれ異なる半導体チップで構成された第１電力増幅装置、第２電力増幅装置およびアンテナスイッチ装置と、デュプレクサとを備え、
   前記第２電力増幅装置は、第２周波数帯の入力信号を増幅し、前記第２周波数帯の送信信号を前記デュプレクサに向けて出力する第２電力増幅回路を有し、
   前記第１電力増幅装置は、
   第１周波数帯の入力信号を増幅し、前記第１周波数帯の送信信号を出力する第１電力増幅回路と、
   第１電圧レベルか、第２電圧レベルを選択して出力する電圧選択回路と、
   前記第１周波数帯か前記第２周波数帯を表すモード設定信号を受けて、前記第１電力増幅回路および前記電圧選択回路の制御と、前記電圧選択回路の出力を用いて第１制御信号及び第２制御信号の出力を行う制御回路とを有し、
   前記アンテナスイッチ装置は、
   前記第１電力増幅回路からの前記第１周波数帯の送信信号が入力される第１送信端子と、
   前記第２電力増幅回路から前記デュプレクサを介して出力された前記第２周波数帯の送信信号が入力されると共に、前記デュプレクサに向けて前記第２周波数帯の受信信号を出力する第１送受信端子と、
   アンテナ接続用端子と、
   前記第１送信端子と前記アンテナ接続用端子の間に設けられ、前記第１制御信号の電圧レベルによってオン・オフが制御される第１スイッチと、
   前記第１送受信端子と前記アンテナ接続用端子の間に設けられ、前記第２制御信号の電圧レベルによってオン・オフが制御される第２スイッチとを有し、
   前記電圧選択回路は、発振回路を含み、前記発振回路からのクロック信号を用いて前記第１電圧レベルを昇圧することで前記第２電圧レベルを生成し、
   前記制御回路は、
   前記モード設定信号によって前記第２周波数帯が選択された際には、前記電圧選択回路に前記第２電圧レベルを選択させ、接地電圧レベルと前記第２電圧レベルの振幅を持つ前記第１および第２制御信号を出力することで、前記第１スイッチをオフに、前記第２スイッチをオンにそれぞれ駆動し、
   前記モード設定信号によって前記第１周波数帯が選択された際には、前記電圧選択回路の前記発振回路を停止させると共に前記電圧選択回路に前記第１電圧レベルを選択させ、前記接地電圧レベルと前記第１電圧レベルの振幅を持つ前記第１および第２制御信号を出力することで、前記第１スイッチをオンに、前記第２スイッチをオフにそれぞれ駆動し、
   前記アンテナスイッチ装置は、更に、前記第１スイッチをオンに制御する際に、前記第１送信端子に入力される電力を用いて前記第１制御信号の電圧レベルを昇圧し、当該昇圧電圧を用いて前記第１スイッチをオンに制御する第１昇圧回路を有する、ことを特徴とする無線通信システム。
8. 請求項７記載の無線通信システムにおいて、
   前記第１および第２スイッチは、ＨＥＭＴ素子であることを特徴とする無線通信システム。
9. 請求項８記載の無線通信システムにおいて、
   前記第１電力増幅回路は、増幅素子としてＭＩＳＦＥＴを備え、
   前記第２電力増幅回路は、増幅素子としてヘテロ接合バイポーラトランジスタを備えることを特徴とする無線通信システム。
10. 請求項７記載の無線通信システムにおいて、
    前記電圧選択回路は、前記発振回路に加えて更に、
    外部環境に依存しない基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、
    前記基準電圧を用いて前記第１電圧レベルを生成する第１電圧生成回路と、
    前記第１電圧レベルと前記発振回路からの前記クロック信号を用いてチャージポンプ動作を行うことで前記第２電圧レベルを生成する第２昇圧回路と、
    前記第１電圧レベルか前記第２電圧レベルかを選択する選択スイッチとを有することを特徴とする無線通信システム。
11. 請求項１０記載の無線通信システムにおいて、
    前記第２昇圧回路は、
    前記第１電圧レベルと前記発振回路からの前記クロック信号の正極側を用いてチャージポンプ動作を行う第１チャージポンプ回路と、
    前記第１電圧レベルと前記発振回路からの前記クロック信号の負極側を用いてチャージポンプ動作を行う第２チャージポンプ回路と、
    前記第１チャージポンプ回路からの出力電圧と前記第２チャージポンプ回路からの出力電圧を前記クロック信号の半周期毎に交互に合成することで前記第２電圧レベルを生成する合成回路とを有することを特徴とする無線通信システム。
12. 請求項７記載の無線通信システムにおいて、
    前記第１周波数帯は、ＧＳＭ用の周波数帯であり、
    前記第２周波数帯は、Ｗ−ＣＤＭＡ用の周波数帯であることを特徴とする無線通信システム。
13. 請求項７記載の無線通信システムにおいて、
    前記第１電力増幅装置と前記アンテナスイッチ装置は、同一のモジュール配線基板上に実装され、
    前記第２電力増幅装置および前記デュプレクサは、前記モジュール配線基板以外の箇所に配置されていることを特徴とする無線通信システム。

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