JPH1154709A

JPH1154709A - 可変減衰器

Info

Publication number: JPH1154709A
Application number: JP9213181A
Authority: JP
Inventors: Shin Watanabe; 伸渡辺
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1997-08-07
Filing date: 1997-08-07
Publication date: 1999-02-26
Also published as: US6034575A

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体基板に形成した可変減衰器に関し、超
高周波帯に於ける集積回路化可能の可変減衰器を提供す
る。【解決手段】半導体基板１０に不純物を拡散して形成
した抵抗領域１２Ａを形成し、超高周波信号が伝搬する
信号線路１６，１７に抵抗領域１２Ａを接続し、抵抗領
域１２Ａの両端に直流電圧ＤＣを印加して、超高周波信
号に対する減衰量を制御する電圧印加手段とを備え、低
雑音増幅器１１や周波数変換器１３と共に可変減衰器１
２として集積回路化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板上に形
成された可変減衰器に関する。携帯電話機等の無線通信
装置等に於いて、小型且つ軽量化の要求に従って集積回
路化が進められており、マイクロ波帯や更に周波数の高
い３０ＧＨｚ程度以上のミリ波帯等の超高周波帯に適用
可能の集積回路が要望されている。又このような集積回
路に於いては、超高周波信号を増幅する構成等を備える
ことになるが、各素子に対する入力レベルが過大となら
ないように、所定のレベルに減衰させる構成が必要とな
る場合が多い。その為に構成が簡単で特性の良い可変減
衰器が要望されている。

【０００２】

【従来の技術】図１５は受信フロントエンドの説明図で
あり、携帯電話機等のワイヤレス装置の受信フロントエ
ンドの概要を示し、１００はアンテナ、１０１はバンド
パスフィルタ、１０２は低雑音増幅器、１０３は可変減
衰器、１０４は周波数変換器、１０５はレベル検出用ダ
イオード、１０６は局部発振器である。

【０００３】アンテナ１００による受信信号を、バンド
パスフィルタ１０１を介して低雑音増幅器１０２に入力
し、バンドパスフィルタ１０１により不要波信号を除去
して、低雑音増幅器１０２により微弱受信信号を増幅す
る。この増幅出力信号を、可変減衰器１０３を介して周
波数変換器１０４に入力すると共にレベル検出用ダイオ
ード１０５に入力する。

【０００４】このレベル検出用ダイオード１０５から増
幅出力信号レベルの検出信号ＰＤを出力し、受信電界強
度等の表示や可変減衰器１０３の制御信号とする。又可
変減衰器１０３は、周波数変換器１０４の入力信号レベ
ルが所定範囲内となるように増幅出力信号に対する減衰
量を制御する。又局部発振器１０６からの局部発振信号
ＬＯを周波数変換器１０４に入力し、増幅された高周波
信号と混合して周波数変換し、中間周波信号ＩＦを出力
して、図示を省略した後段の中間周波増幅器等に入力す
る。

【０００５】図１５に於ける一点鎖線部分が集積回路化
を可能とするモノリシック・マイクロ波集積回路（ＭＭ
ＩＣ；Ｍonolithic Ｍicrowave Ｉntegrated Ｃircui
t）であり、例えば、ミリ波帯の受信フロントエンドに
於いては、図１６の（Ａ）に示す構成が知られている。
即ち、低雑音増幅器１１２と周波数変換器１１４とをモ
ノリシック集積回路により構成する。この低雑音増幅器
１１２により高周波信号ＲＦを増幅し、その増幅出力信
号と局部発振器（図示せず）からの局部発振信号ＬＯと
を周波数変換器１１４に入力し、周波数変換した中間周
波信号ＩＦを出力する。ミリ波帯に於いては簡単にレベ
ル制御ができないことから、図１４に於ける可変減衰器
１０３を省略した構成とする。

【０００６】又マイクロ波帯の受信フロントエンドに於
いては、図１６の（Ｂ）に示す構成が知られている。即
ち、低雑音増幅器１２２と、可変利得増幅器１２３と、
周波数変換器１２４と、レベル検出用ダイオード１２５
とをモノリシック集積回路により構成する。

【０００７】そして、低雑音増幅器１２２により高周波
信号ＲＦを増幅し、その増幅出力信号を可変利得増幅器
１２３に入力し、この可変利得増幅器１２３により所定
の出力レベルとなるように利得を制御して周波数変換器
１２４に入力する。又局部発振器（図示せず）からの局
部発振信号ＬＯを周波数変換器１２４に入力し、低雑音
増幅器１２２及び可変利得増幅器１２３により増幅され
た高周波信号ＲＦと混合して周波数変換し、中間周波信
号ＩＦを出力する。又レベル検出用ダイオード１２５に
より可変利得増幅器１２３の増幅出力信号を検波して、
レベル検出信号ＰＤとする。

【０００８】可変利得増幅器１２３は、マイクロ波帯に
於いては、デュアルゲート構造の電界効果トランジスタ
を用いて構成する場合が一般的であり、利得の制御は、
この電界効果トランジスタの利得可変用ゲート端子に印
加するバイアスの調整によって行うことになる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】受信フロントエンド
は、受信特性を決定付ける重要な部分であり、低雑音化
が必要である。従って、低雑音且つ高利得の低雑音増幅
器１０２，１１２，１２２が用いられている。この低雑
音増幅器による増幅出力信号のレベルが高い場合、それ
より後段の周波数変換器１０４，１１４，１２４に対し
ては過入力レベルとなり、周波数変換された中間周波信
号ＩＦが飽和することになる。そこで、可変減衰器１０
３や可変利得増幅器１２３を設けることになる。

【００１０】その場合、マイクロ波帯に於いては、前述
のように、可変利得増幅器１２３として、デュアルゲー
ト構造の電界効果トランジスタを用いることができる
が、ミリ波帯に於いては、寄生素子が生じることからシ
ングルゲート構造の電界効果トランジスタを用いること
になり、マイクロ波帯に於ける可変利得増幅器１２３を
適用することができないものであった。従って、ミリ波
帯に於いては、図１６の（Ａ）に示すように、低雑音増
幅器１１２と周波数変換器１１４とをモノリシック集積
回路化している。

【００１１】又受信信号レベルのダイナミックレンジを
拡大することが要望されており、モノリシック集積回路
化されたミリ波帯に於ける受信フロントエンドに於いて
も信号レベルを可変できる構成が必要となる。又マイク
ロ波帯に於ける可変利得増幅器１２３を構成するデュア
ルゲート構造の電界効果トランジスタによる受信信号レ
ベルのダイナミックレンジを充分に拡大することが容易
ではなかった。本発明は、モノリシック集積回路として
の可変減衰器を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の可変減衰器は、
図１の（Ａ）を参照して説明すると、（１）半導体基板
１０に不純物を拡散して形成した抵抗領域１２Ａと、半
導体基板１０上に形成し、且つ抵抗領域１２Ａの両端に
接続したマイクロストリップライン等の超高周波信号が
伝搬する信号線路１６，１７と、抵抗領域１２Ａによる
超高周波信号に対する減衰量を制御する直流電圧ＤＣ
を、抵抗領域の両端に印加する電圧印加手段とを備えて
いる。この抵抗領域１２Ａにより可変減衰器１２の要部
を構成している。なお、半導体基板１０上に低雑音増幅
器１１と周波数変換器１２とレベル検出用のダイオード
１４と、超高周波信号が伝搬する信号線路１５〜１９を
形成した受信フロントエンドの要部を示す。

【００１３】又（２）超高周波信号が伝搬する信号線路
に直流カット用のキャパシタを介して抵抗領域を接続
し、この抵抗領域の両端に１／４波長線路やインダクタ
ンス等による超高周波信号を阻止する回路を介して直流
電圧を印加する電圧印加手段を設けることができる。

【００１４】又（３）超高周波信号が伝搬する信号線路
とアースとの間に、抵抗領域を接続し、超高周波信号を
阻止して前記抵抗領域の両端に直流電圧を印加する電圧
印加手段を設けることができる。即ち、信号線路と並列
に可変減衰器を接続した構成に相当する。

【００１５】又（４）超高周波信号が伝搬する信号線路
を介して、超高周波信号の波長の１／４の間隔で第１，
第２の抵抗領域を接続し、これらの第１，第２の抵抗領
域のそれぞれの両端に、直列的に直流電圧を印加する電
圧印加手段を設けることができる。

【００１６】又（５）超高周波信号が伝搬する信号線路
を介して、超高周波信号の波長の１／４の間隔で第１，
第２の抵抗領域を接続し、これらの第１，第２の抵抗領
域のそれぞれの両端に、超高周波信号に対する減衰量を
制御すると共に特性インピーダンスが変化しないよう
に、異なる直流電圧を印加する電圧印加手段を設けるこ
とができる。この場合、減衰量を制御しても入力端子側
からみた特性インピーダンスを一定とすることができ
る。

【００１７】又（６）超高周波信号が伝搬する信号線路
を介して、超高周波信号の波長の１／4 の間隔で、異な
る寸法による異なる抵抗値を有する第１，第２の抵抗領
域を接続し、これらの第１，第２の抵抗領域のそれぞれ
の両端に、異なる直流電圧を印加する電圧印加手段を設
け、減衰量の制御による特性インピーダンスの変化を防
止する。

【００１８】又（７）超高周波信号が伝搬する信号線路
に、超高周波信号の波長の１／４のハイインピーダンス
線路と抵抗領域とを接続し、この抵抗領域の両端に、こ
の抵抗領域による超高周波信号に対する減衰量を制御す
る直流電圧を印加する電圧印加手段を設けることができ
る。

【００１９】又（８）超高周波信号が伝搬する入力側の
信号線路に接続した第１のハイブリッド回路と、出力側
の信号線路に接続した第２のハイブリッド回路と、これ
らの第１，第２のハイブリッド回路間を接続する第１，
第２の抵抗領域と、これらの第１，第２の抵抗領域のそ
れぞれの両端に直流電圧を印加する電圧印加手段とを設
けることができる。

【００２０】又（９）超高周波信号を入力する入力端子
と、この入力端子に対してアイソレーション端子となる
出力端子と、前記入力端子からの超高周波信号を分配出
力する第１，第２の出力端子とを有するハイブリッド回
路と、前記第１，第２の出力端子とアースとの間にそれ
ぞれ接続した第１，第２の抵抗領域と、これらの第１，
第２の抵抗領域の両端に、これらの第１，第２の抵抗領
域による信号反射量を制御する直流電圧を印加する電圧
印加手段とを備えることができる。即ち、信号反射量を
制御して超高周波信号に対する減衰量を制御するもので
ある。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は本発明の原理説明図であ
り、（Ａ）は受信フロントエンドの概要を示し、１０は
半導体基板、１１は低雑音増幅器、１２は可変減衰器、
１２Ａは抵抗領域、１３は周波数変換器、１４はレベル
検出用のダイオード、１５〜１９はマイクロ波帯信号や
ミリ波帯信号等の超高周波信号が伝搬する信号線路（マ
イクロストリップライン）である。

【００２２】受信した超高周波信号ＲＦは信号線路１５
を介して低雑音増幅器１１に入力されて増幅され、信号
線路１６を介して可変減衰器１２に入力される。その時
の信号レベルをダイオード１４により検出し、その検出
信号ＰＤを図示を省略した制御回路に入力し、信号レベ
ルに対応した直流電圧ＤＣを可変減衰器１２に加え、信
号線路１７に出力される信号レベルを所定範囲内とし、
周波数変換器１３に入力する。又信号線路１８を介して
局部発振信号ＬＯが入力されるから、信号線路１９から
周波数変換された中間周波信号ＩＦが出力される。

【００２３】可変減衰器１２は、半導体基板１０に不純
物を拡散して形成した抵抗領域１２Ａにより構成されて
いる。図１の（Ｂ）は抵抗領域１２Ａの概要を示し、１
６，１７は信号線路、１２Ｂはオーミックコンタクトを
とった接続電極を示す。この抵抗領域１２Ａの両端に直
流電圧ＤＣを印加することにより、この抵抗領域１２Ａ
を伝搬する超高周波信号に対する減衰量を制御すること
ができる。

【００２４】図２は可変減衰器の説明図であり、（Ａ）
に於いて、１は半導体基板、２は不純物拡散領域、３，
４はコンタクト領域、５，６は接続電極、７は直流電源
を示す。半導体基板１は、例えば、ＧａＡｓ基板とし、
前述の低雑音増幅器１１と周波数変換器１３と共に、抵
抗領域１２Ａを形成し、信号線路１５〜１９によって接
続する構成とする。

【００２５】その場合、不純物拡散領域２は、ＧａＡｓ
基板を用いた場合、不純物として、例えば、Ｓｉを１０
¹⁷〔ｃｍ^-3〕程度拡散してｎ領域とし、又コンタクト領
域３，４は、不純物として、例えば、Ｓｉを１０¹⁸〔ｃ
ｍ^-3〕程度拡散してｎ⁺領域とする。又不純物拡散手段
は既に知られているイオン注入等の各種の手段を適用す
ることができる。又コンタクト領域３，４上に接続電極
５，６を形成する。この場合も配線パターン形成の周知
の手段を適用して形成することができ、又マイクロスト
リップラインの形成と同時に形成することも可能であ
る。この接続電極５，６とコンタクト領域３，４との間
はオーミックコンタクトの状態となる。

【００２６】この接続電極５，６に直流電源７を接続し
て直流電圧を印加すると、或る電圧以上では流れる電流
がほぼ一定となる。即ち、（Ｂ）に示すように、電圧Ｖ
₁以上では、電流はほぼＩ₁一定となる。従って、抵抗
成分の変化は、（Ｃ）に示すように、電圧Ｖ₁以上では
増加することになる。

【００２７】一般に、不純物拡散領域２に於ける電子の
速度ｖは、電子の移動度をμ、電界をＥとすると、ｖ＝
μＥで表される。この関係は、例えば、３ｋＶ／ｃｍの
電界強度を超えると、電子の速度ｖは電界Ｅに比例しな
くなり、逆に低下する。従って、図２の（Ｂ），（Ｃ）
に示すように、不純物拡散領域２に印加される電圧がＶ
₁以下では、その電圧の上昇に従って電子の速度ｖが大
きくなって電流が増加するが、それ以上の電圧を印加し
た場合は、電子の速度ｖが低下することにより電流は増
加しないで、ほぼ一定のＩ₁となる。従って、抵抗成分
の変化についてみると、電圧Ｖ₁以上では抵抗が増加し
ていることになる。

【００２８】なお、ガンダイオード（Ｇunn Ｄiode）
は、半導体基板としてＧａＡｓを用い、図２の（Ａ）に
於ける一方のコンタクト領域３に相当するコンタクト領
域を１０¹⁹〜１０²²〔ｃｍ^-3〕の高濃度領域ｎ⁺⁺とし、
他方のコンタクト領域４に相当するコンタクト領域を２
×１０¹⁸〔ｃｍ^-3〕の領域ｎ⁺とし、或る印加電圧の範
囲内に負性抵抗特性を持たせたものであり、電子の平均
速度の変化分が零となる閾値電界は、３．４ｋＶ／ｃｍ
程度である。この閾値電界を超えるような電圧を印加し
て超高周波帯の発振を行わせるものである。

【００２９】これに対して、本発明に於いて適用する不
純物拡散領域２の両端のコンタクト領域３，４は、Ｇａ
Ａｓ基板を用いた場合、同一の１〜３×１０¹⁸〔ｃ
ｍ^-3〕程度の不純物濃度とするものであり、又不純物拡
散領域２の不純物濃度は、１０¹⁷〔ｃｍ^-3〕の±数１０
％の範囲で選定することができる。又半導体基板とし
て、前述のように、ＧａＡｓ基板を用い、Ｓｉ等の不純
物を拡散してｎ領域の抵抗領域とした場合は、電子移動
度μが大きい利点を利用することができる。しかし、不
純物拡散領域としてはｐ型とすることも可能であり、又
低雑音増幅器等の超高周波回路素子を形成できるＧａＡ
ｓ以外の他の半導体基板を用いることも可能である。又
不純物拡散領域２及びコンタクト領域３，４の不純物濃
度は、半導体基板の材料と不純物材料とに対応して選択
することになる。

【００３０】図１の（Ｂ）に於ける抵抗領域１２Ａの長
さＬと幅Ｗとについて、Ｌ＝２０μｍ、Ｗ＝８０μｍを
ａ、Ｌ＝２０μｍ、Ｗ＝４０μｍをｂ、Ｌ＝２０μｍ、
Ｗ＝２０μｍをｃとして、印加する直流電圧を変化させ
た時の測定結果による電圧−電流特性を図３に、電圧−
抵抗特性を図４に示す。又横軸を電圧〔Ｖ〕、縦軸をＳ
₁₁〔ｄＢ〕として反射特性を図５に、横軸を電圧
〔Ｖ〕、縦軸をＳ₂₁〔ｄＢ〕として減衰特性を図６にそ
れぞれ示す。これらの特性曲線図から判るように、約５
Ｖ以上の印加電圧によって不純物拡散領域２に於ける抵
抗値の増加が観測され、超高周波信号の伝搬経路に直列
に接続した時に、印加電圧値に対応した減衰量を得るこ
とができる。

【００３１】従って、図１の（Ａ）に示す受信フロント
エンドのモノリシック・マイクロ波集積回路（ＭＭＩ
Ｃ）を構成し、可変減衰器１２を構成する抵抗領域１２
Ａの両端に直流電圧を印加して、周波数変換器１３に入
力する超高周波信号レベルを所望の範囲内になるように
減衰量を制御することができる。

【００３２】図７は本発明の第１の実施の形態の説明図
であり、２１は半導体基板に不純物を拡散して形成し抵
抗領域、２２，２３は接続電極、２４，２５はマイクロ
ストリップライン等の信号線路、２６〜２８は直流カッ
ト用のキャパシタ、２９は直流電圧を印加する為のボン
ディングパッド、３０，３１はアースに接続する為のビ
アホール、３２，３３は超高周波信号を阻止し、且つ直
流電圧を印加する為の１／４波長の線路を示す。なお、
減衰量を制御する為にボンディングパッド２９に直流電
圧を印加する直流電源等は図示を省略しており、この直
流電源とその直流電圧を制御する構成と１／４波長線路
３２，３３等を含めて、抵抗領域２１の両端に直流電圧
を印加する電圧印加手段を構成している。又λは超高周
波信号の波長を示す。又抵抗領域２１の幅は、信号線路
２４，２５の幅より広い場合を示しているが、要求され
る初期抵抗値に対応して抵抗領域２１の幅を選定するこ
とができる。

【００３３】又ボンディングパッド２９に接続されたキ
ャパシタ２８と１／４波長線路３２とによりバイアスチ
ョークを形成し、このポンディングパッド２９に直流電
圧を印加すると、３２→２５→２３→２１→２２→２４
→３３→３１の経路で、抵抗領域２１の両端に直流電圧
が印加される。又超高周波信号は、キャパシタ２６と信
号線路２４と接続電極２２と抵抗領域２１と接続電極２
３と信号線路２５とキャパシタ２７との経路を介して伝
搬するから、抵抗領域２１の両端に印加する直流電圧に
応じて、超高周波信号に対する減衰量を制御することが
できる。例えば、印加する直流電圧を高くすると、減衰
量を大きくすることができる。

【００３４】図８は本発明の第２の実施の形態の説明図
であり、４０はスパイラル・インダクタ、４１は抵抗領
域、４２，４３は接続電極、４４は信号線路、４５，５
０はアースに接続する為のビアホール、４６〜４８は直
流カット用のキャパシタ、４９は直流電圧を印加するボ
ンディングパッドを示す。

【００３５】超高周波信号は、キャパシタ４６，信号線
路４４，キャパシタ４７の経路を伝搬する。又スパイラ
ル・インダクタ４０は、ボンディングパッド４９と信号
線路４４との間に螺旋状の配線パターンを形成したもの
であり、又キャパシタ４８をビアホール５０との間に接
続して、信号線路４４を伝搬する超高周波信号が直流電
源側へ伝搬しないように構成している。

【００３６】又信号線路４４とビアホール４５との間に
抵抗領域４１を接続し、ボンディングパッド４９に直流
電圧を印加すると、４９→４０→４４→４２→４１→４
３→４５の経路で抵抗領域４１の両端に直流電圧が印加
される。又信号線路４４に於いては、キャパシタ４６，
４７により直流がカットされる。そして、ボンディング
パッド４９に印加する直流電圧を高くすると、抵抗領域
４１の抵抗成分が大きくなって、信号線路４４を伝搬す
る超高周波信号に対する減衰量を小さくすることができ
る。反対に、印加する直流電圧を低くすると、減衰量を
大きくすることができる。

【００３７】図９は本発明の第３の実施の形態の説明図
であり、（Ａ）は回路パターンの説明図、（Ｂ）はスミ
スチャートを示す。（Ａ）に於いて、５１Ａ，５１Ｂは
第１，第２の抵抗領域、５２Ａ，５２Ｂ，５３Ａ，５３
Ｂは接続電極、５４，５５Ａ，５５Ｂは信号線路、５６
Ａ，５６Ｂ，５７はキャパシタ、５８，６１はビアホー
ル、５９はボンディングパッド、６０Ａ，６０Ｂは１／
４波長線路を示す。

【００３８】第１，第２の抵抗領域５１Ａ，５１Ｂを超
高周波信号の波長λの１／４の間隔で信号線路５４を介
して接続し、ボンディングパッド５９に直流電圧を印加
すると、５９→６０Ｂ→５５Ｂ→５３Ｂ→５１Ｂ→５２
Ｂ→５４→５３Ａ→５１Ａ→５２Ａ→５５Ａ→６０Ａ→
６１の経路で、第１，第２の抵抗領域５１Ａ，５１Ｂの
両端に直流電圧が印加される。

【００３９】第１，第２の抵抗領域５１Ａ，５１Ｂが同
一の構成であると、同一の直流電圧が両端に印加され、
その直流電圧の大きさに応じて抵抗成分が変化するか
ら、信号線路５５Ａ，５４，５５Ｂ及びキャパシタ５６
Ａ，５６Ｂを介して伝搬する超高周波信号に対する減衰
量を制御することができる。

【００４０】キャパシタ５６Ａ側を入力側、キャパシタ
５６Ｂ側を出力側とし、この出力側の負荷インピーダン
スが特性インピーダンスと同一とすると、信号線路５５
Ａのａ点のインピーダンスは、（Ｂ）のスミスチャート
のａ点とすることができる。そして、第１の抵抗領域５
１Ａによる抵抗成分により、信号線路５４のｂ点は、
（Ｂ）のｂ点のインピーダンスとなる。又１／４波長の
信号線路５４によって位相が１／４波長回転し、信号線
路５４のｃ点は、（Ｂ）のｃ点のインピーダンスとな
る。又第２の抵抗領域５１Ｂによる抵抗成分は、第１の
抵抗領域５１Ａの抵抗成分と同一であるから、信号線路
５５Ｂのａ点は、（Ｂ）のａ点となる。即ち、入力イン
ピーダンスは特性インピーダンスを維持することにな
る。

【００４１】従って、第１，第２の抵抗領域５１Ａ，５
１Ｂの両端に印加する直流電圧を高くした場合、信号線
路５５Ａのａ点が（Ｂ）のａ点のインピーダンスであ
り、第１の抵抗領域５１Ａの抵抗成分により、信号線路
５４のｂ点は、（Ｂ）のｂ’点のインピーダンスとな
り、又１／４波長の長さの信号線路５４のｃ点は、
（Ｂ）のｃ’点のインピーダンスとなる。そして、第２
の抵抗領域５１Ｂの抵抗成分により、信号線路５５Ｂの
ａ点は、（Ｂ）のａ点のインピーダンスとなり、超高周
波信号に対する減衰量を変化させても入力インピーダン
スは特性インピーダンスを維持することができ、可変減
衰器としての特性を向上することができる。

【００４２】図１０は本発明の第４の実施の形態の説明
図であり、５１Ａ，５１Ｂは第１，第２の抵抗領域、５
２Ａ，５２Ｂ，５３Ａ，５３Ｂは接続電極、５４，５５
Ａ，５５Ｂは信号線路、５６Ａ，５６Ｂ，５７Ａ，５７
Ｂはキャパシタ、５８Ａ，５８Ｂ，６１Ｃはビアホー
ル、５９Ａ，５９Ｂはボンディングパッド、６０Ａ，６
０Ｂ，６０Ｃは１／４波長線路を示す。

【００４３】第１，第２の抵抗領域５１Ａ，５１Ｂを１
／４波長間隔で信号線路５４を介して接続した構成は、
図９に示す実施の形態と同様であるが、この信号線路５
４を１／４波長線路６０Ｃからビアホール６１Ｃを介し
てアースに接続し、ボンディングパッド５９Ａから１／
４波長線路６０Ａを介して第１の抵抗領域５１Ａに直流
電圧を印加し、ポンディングパッド５９Ｂから１／４波
長線路６０Ｂを介して第２の抵抗領域５１Ｂに直流電圧
を印加する。即ち、第１，第２の抵抗領域５１Ａ，５１
Ｂにそれぞれ異なる直流電圧を印加できる構成とする。

【００４４】このような構成により、超高周波信号に対
する減衰量を制御しても入力インピーダンスの変化を更
に少なくしたものである。即ち、図９の（Ｂ）のスミス
チャートに於いて、中心のａ点に対して右側と左側との
抵抗値は同一間隔ではないことにより、抵抗値の変化が
小さい場合に無視できる差も、抵抗値の変化を大きくす
ると無視できなくなる。

【００４５】そこで、第１の抵抗領域５１Ａに印加する
直流電圧と、第２の抵抗領域５１Ｂに印加する直流電圧
とを異ならせて、１／４波長回転するインピーダンス特
性が原点のａ点（図９の（Ｂ）参照）に戻るように制御
し、入力インピーダンスの変化を一層少なくすることが
できる。

【００４６】図１１は本発明の第５の実施の形態の説明
図であり、５１Ａ，５１Ｃは第１，第２の抵抗領域、５
２Ａ，５２Ｃ，５３Ａ，５３Ｃは接続電極、５４，５５
Ａ，５５Ｂは信号線路、５６Ａ，５６Ｂ，５７Ｃはキャ
パシタ、６１Ａ，６１Ｂはビアホール、５９Ｃはボンデ
ィングパッド、６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃは１／４波長線
路を示す。

【００４７】この実施の形態は、第２の抵抗領域５１Ｃ
の幅を狭くし、第１の抵抗領域５１Ａの抵抗値より大き
い抵抗値が得られるように構成し、ボンディングパッド
５９Ｃから第１，第２の抵抗領域５１Ａ，５１Ｃに同一
の直流電圧を印加する構成とした場合を示す。即ち、５
９Ｃ→６０Ｃ→５４→５３Ａ→５１Ａ→５２Ａ→６０Ａ
→６１Ａの経路で第１の抵抗領域５１Ａに直流電圧が印
加され、又５９Ｃ→６０Ｃ→５４→５３Ｂ→５１Ｂ→５
２Ｂ→６０Ｂ→６１Ｂの経路で第２の抵抗領域５１Ｃに
直流電圧が印加される。

【００４８】この場合、予め第１，第２の抵抗領域５１
Ａ，５１Ｃの抵抗値が異なるように寸法が選定されてお
り、従って、同一の直流電圧を印加しても、図１０に示
す実施の形態の場合の同様に、第１，第２の抵抗領域の
抵抗値を異なるように制御して、減衰量を変化させても
入力インタフェースの変化を小さくすることができるも
のである。又第１，第２の抵抗領域５１Ａ，５１Ｃの寸
法を異ならせ、且つ印加する直流電圧も異ならせる構成
とすることができる。その場合は、図１０に於ける第２
の抵抗領域５１Ｂを、図１１に於ける第２の抵抗領域５
１Ｃに変更することになる。それによって、減衰量の制
御に伴う入力インピーダンスの変化を一層小さくするこ
とができる。

【００４９】図１２は本発明の第６の実施の形態の説明
図であり、（Ａ）は回路パターンの概要の説明図、
（Ｂ）はスミスチャートを示す。（Ａ）に於いて、５１
は抵抗領域、５２，５３は接続電極、５５Ａ，５５Ｂは
信号線路、５６Ａ，５６Ｂ，６５はキャパシタ、６２は
１／４波長の長さのハイインピーダンス線路、６３，６
４はスパイラルインダクタ、６６，６７はビアホール、
６８はボンディングパッドを示す。なお、ハイインピー
ダンス線路６２は、線路幅を信号線路５５Ａ，５５Ｂに
比較して狭くしてハイインピーダンスとなるように構成
すると共に、長さを１／４波長に選定したもので、実際
は直線状に形成するものであるが、ハイインピーダンス
であることを示す為に、メアンダ状のパターンとして示
している。

【００５０】ボンディングパッド６８に直流電圧を印加
すると、６８→６３→５５Ａ→６２→５２→５１→５３
→５５Ｂ→６４→６７の経路で、抵抗領域５１に直流電
圧が印加され、この直流電圧を制御することにより、超
高周波信号に対する減衰量を制御することができる。そ
の場合、信号線路５５Ｂのａ点を（Ｂ）の信号点ａとと
すると、ハイインピーダンス線路６２のｂ点は、抵抗領
域５１の抵抗値に対応して、（Ｂ）のｂ点となる。この
ハイインピーダンス線路６２を接続した信号線路５５Ａ
のｃ点は、ハイインピーダンス線路６２の長さが１／４
波長であるから、１／４波長分回転して、（Ｂ）のｃ点
となる。即ち、ａ点と同一のインピーダンスを示すもの
となる。

【００５１】又抵抗領域５１の両端に印加する直流電圧
を高くして抵抗値を大きくした場合は、ハイインピーダ
ンス線路６２のｂ点は、（Ｂ）のｂ’点となるが、ハイ
インピーダンス線路６２は１／４波長の長さを有するも
のであるから、信号線路５５Ａのｃ点は、１／４波長回
転して、（Ｂ）のｃ点となる。即ち、ａ点と同一のイン
ピーダンスを示すものとなる。

【００５２】従って、抵抗領域５１の両端に直流電圧を
印加して、超高周波信号に対する減衰量を制御した時
に、入力インピーダンスを特性インピーダンスに維持す
ることが可能となり、超高周波帯に於ける可変減衰器と
して利用することができ、且つ図９，図１０，図１１に
示す実施の形態に比較して、抵抗領域５１は１個で済む
から小型化を図ることができる利点がある。

【００５３】図１３は本発明の第７の実施の形態の概要
説明図であり、７１，７２は不純物拡散領域からなる抵
抗領域を含む第１，第２の減衰器、７３Ａ，７３Ｂは第
１，第２のハイブリッド回路、７４Ａ，７４Ｂは終端抵
抗、７５は電圧印加手段、７６Ａ〜７９Ａ，７６Ｂ〜７
９Ｂは端子である。電圧印加手段７５は、例えば、制御
信号ｃｏｎｔに従って出力直流電圧を変化させる構成と
する。

【００５４】又第１，第２の減衰器７１，７２は、図７
又は図８に示す構成を適用することができる。そして、
第１のハイブリッド回路７３Ａの端子７８Ａと第２のハ
イブリッド回路７３Ｂの端子７６Ｂとの間に第１の減衰
器７１を接続し、第１のハイブリッド回路７３Ａの端子
７９Ａと第２のハイブリッド回路７３Ｂの端子７７Ｂと
の間に第２の減衰器７２を接続する。従って、第１，第
２のハイブリッド回路７３Ａ，７３Ｂ間に、第１，第２
の抵抗領域を接続した構成となる。そして、電圧印加手
段７５から第１，第２の減衰器７１，７２を構成する抵
抗領域の両端に直流電圧を印加する。

【００５５】又第１のハイブリッド回路７３Ａの端子７
６Ａを入力端子、第２のハイブリッド回路７３Ｂの端子
７９Ｂを出力端子とし、第１のハイブリッド回路７３Ａ
の端子７７Ａに終端抵抗７４Ａを接続し、第２のハイブ
リッド回路７３Ｂの端子７８Ｂに終端抵抗７４Ｂを接続
する。

【００５６】電圧印加手段７５から制御信号ｃｏｎｔに
対応した直流電圧を第１，第２の減衰器７１，７２に印
加して、それぞれの抵抗領域の抵抗値を変化させると、
第１のハイブリッド回路７３Ａの端子７８Ａ，７９Ａ
と、第１，第２の減衰器７１，７２との間のインピーダ
ンス・マッチングがずれて反射波が生じることになる
が、ハイブリッド回路７３の入力端子７６Ａには相殺さ
れて反射波は現れないことになる。即ち、入力端子７６
Ａからみたインピーダンスが変化しないことになる。同
様に、出力７９Ｂに於ける出力インピーダンスも変化し
ないから、超高周波帯の可変減衰器として安定に動作す
ることになる。

【００５７】又第１，第２のハイブリッド回路７３Ａ，
７３Ｂは、各種の構成の９０度カプラを適用できるが、
例えば、ランゲカプラは、ブランチライン型等に比較し
て小型化が可能である。

【００５８】図１４は本発明の第８の実施の形態の概要
説明図であり、８１Ａ，８１Ｂは第１，第２の抵抗領
域、８２Ａ，８３Ａ，８２Ｂ，８３Ｂは接続電極、８４
Ａ，８４Ｂは直流カット用のキャパシタ、８５は９０度
ハイブリッド回路、８６は電圧印加手段、８７は入力端
子、８８は出力端子である。

【００５９】ハイブリッド回路８５にキャパシタ８４
Ａ，８４Ｂを介して第１，第２の抵抗領域８１Ａ，８１
Ｂを接続し、この第１，第２の抵抗領域８１Ａ，８１Ｂ
の両端に直流電圧を印加するように、電圧印加手段８５
を接続する。この電圧印加手段８５は制御信号ｃｏｎｔ
によって出力直流電圧を制御する構成を有する。

【００６０】電圧印加手段８５から第１，第２の抵抗領
域８１Ａ，８１Ｂの両端に直流電圧を印加して抵抗成分
を大きくすると、信号反射量が多くなり、入力端子８７
から出力端子８８への超高周波信号に対する減衰量が小
さくなる。反対に、第１，第２の抵抗領域８１Ａ，８１
Ｂに印加する直流電圧を低下して抵抗成分を小さくする
と、信号反射量が少なくなり、入力端子８７から出力端
子８８への超高周波信号に対する減衰量が大きくなる。
この場合も入力端子８７からみた入力インピーダンスは
減衰量の制御によっても変化しない利点がある。

【００６１】本発明は、前述の各実施の形態にのみ限定
されるものではなく、種々付加変更することができるも
のであり、例えば、図１３又は図１４の電圧印加手段７
５，８６に入力する制御信号ｃｏｎｔは、図１のレベル
検出用のダイオード１４による検出信号ＰＤを用いるこ
とができる。例えば、検出信号ＰＤが所望の値より大き
い場合は、図１３に於いては、電圧印加手段７５からの
直流電圧を高くして減衰量を大きくし、又図１４に於い
ては、電圧印加手段８６からの直流電圧を低くして反射
量を小さくし、それによって減衰量を大きくすることが
できる。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、半導体
基板１０に不純物を拡散して形成した抵抗領域１２Ａの
両端に直流電圧を印加して、超高周波信号に対する減衰
量を制御するものであり、マイクロ波帯のモノリシック
集積回路に適用することが容易となる。又第１，第２の
抵抗領域を１／４波長の間隔で信号線路により接続した
構成とすることにより、減衰量を制御しても入力インピ
ーダンスを特性インピーダンスに維持できる利点があ
り、且つ微小寸法として実現できるから、ミリ波帯に於
いても寄生容量の影響を無視できるようにすることが可
能となり、超高周波帯に於ける特性の良い可変減衰器を
提供できる利点がある。

【００６３】又ハイブリッド回路間に第１，第２の抵抗
領域を接続した構成も、減衰量の制御による入力インピ
ーダンスの変化を無くすことが可能となり、安定な超高
周波帯に於ける可変減衰器を提供できる利点がある。又
ハイブリッド回路に接続した第１，第２の抵抗領域によ
る超高周波信号に対する反射量を制御する構成に於いて
も、減衰量の制御による入力インピーダンスの変化を無
くすことが可能である利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明図である。

【図２】可変減衰器の説明図である。

【図３】電圧−電流特性曲線図である。

【図４】電圧−抵抗特性曲線図である。

【図５】反射特性曲線図である。

【図６】減衰特性曲線図である。

【図７】本発明の第１の実施の形態の説明図である。

【図８】本発明の第２の実施の形態の説明図である。

【図９】本発明の第３の実施の形態の説明図である。

【図１０】本発明の第４の実施の形態の説明図である。

【図１１】本発明の第５の実施の形態の説明図である。

【図１２】本発明の第６の実施の形態の説明図である。

【図１３】本発明の第７の実施の形態の概要説明図であ
る。

【図１４】本発明の第８の実施の形態の概要説明図であ
る。

【図１５】受信フロントエンドの説明図である。

【図１６】集積回路化構成の説明図である。

【符号の説明】

１０半導体基板１１低雑音増幅器１２可変減衰器１２Ａ抵抗領域１３周波数変換器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板に不純物を拡散して形成した
抵抗領域と、前記半導体基板上に形成し、且つ前記抵抗領域の両端に
接続した超高周波信号が伝搬する信号線路と、前記抵抗領域による超高周波信号に対する減衰量を制御
する直流電圧を、前記抵抗領域の両端に印加する電圧印
加手段とを備えたことを特徴とする可変減衰器。
【請求項２】超高周波信号が伝搬する信号線路に直流
カット用のキャパシタを介して前記抵抗領域を接続し、
該抵抗領域の両端に前記超高周波信号を阻止して直流電
圧を印加する電圧印加手段を設けたことを特徴とする請
求項１記載の可変減衰器。
【請求項３】超高周波信号が伝搬する信号線路とアー
スとの間に前記抵抗領域を接続し、超高周波信号を阻止
して前記抵抗領域の両端に直流電圧を印加する電圧印加
手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の可変減衰
器。
【請求項４】超高周波信号が伝搬する信号線路を介し
て該超高周波信号の波長の１／４の間隔で第１，第２の
抵抗領域を接続し、該第１，第２の抵抗領域のそれぞれ
の両端に、直列的に直流電圧を印加する電圧印加手段を
設けたことを特徴とする請求項１記載の可変減衰器。
【請求項５】超高周波信号が伝搬する信号線路を介し
て該超高周波信号の波長の１／４の間隔で第１，第２の
抵抗領域を接続し、該第１，第２の抵抗領域のそれぞれ
の両端に、前記超高周波信号に対する減衰量を制御する
と共に特性インピーダンスが変化しないように、異なる
直流電圧を印加する電圧印加手段を設けたことを特徴と
する請求項１記載の可変減衰器。
【請求項６】超高周波信号が伝搬する信号線路を介し
て該超高周波信号の波長の１／4 の間隔で、異なる寸法
による異なる抵抗値を有する第１，第２の抵抗領域を接
続し、該第１，第２の抵抗領域のそれぞれの両端に、異
なる直流電圧を印加する電圧印加手段を設けたことを特
徴とする請求項１記載の可変減衰器。
【請求項７】超高周波信号が伝搬する信号線路に、該
超高周波信号の波長の１／４のハイインピーダンス線路
と抵抗領域とを接続し、該抵抗領域の両端に、該抵抗領
域による前記超高周波信号に対する減衰量を制御する直
流電圧を印加する電圧印加手段を設けたことを特徴とす
る請求項１記載の可変減衰器。
【請求項８】超高周波信号が伝搬する入力側の信号線
路に接続した第１のハイブリッド回路と、出力側の信号
線路に接続した第２のハイブリッド回路と、該第１，第
２のハイブリッド回路間を接続する第１，第２の抵抗領
域と、該第１，第２の抵抗領域のそれぞれの両端に直流
電圧を印加する電圧印加手段とを設けたことを特徴とす
る請求項１記載の可変減衰器。
【請求項９】超高周波信号を入力する入力端子と、該
入力端子に対してアイソレーション端子となる出力端子
と、前記入力端子からの超高周波信号を分配出力する第
１，第２の出力端子とを有するハイブリッド回路と、前
記第１，第２の出力端子とアースとの間にそれぞれ接続
した第１，第２の抵抗領域と、該第１，第２の抵抗領域
の両端に、該第１，第２の抵抗領域による信号反射量を
制御する直流電圧を印加する電圧印加手段とを有するこ
とを特徴とする請求項１記載の可変減衰器。