(57)【要約】【課題】電流密度の変化による高周波特性の劣化を抑える。利得可変時の入出力インピーダンスの変化を抑制する。【解決手段】可変利得増幅回路は、信号入力端子(RFin)と、電源電圧を受ける電源ノード(VCC)と接地電圧を受ける接地ノード(GND)との間に並列に接続された複数の増幅用トランジスタ(Q1〜Qn)と、前記複数の増幅用トランジスタ(Q1〜Qn)と前記電源ノード(VCC)との間に接続された信号出力端子(RFout)と、外部からの利得制御信号に応答して、前記複数の増幅用トランジスタ(Q1〜Qn)の制御端子の接続先を個別に前記信号入力端子(RFin)または前記接地ノード(GND)に切替える第１スイッチ回路(SW1)と、前記複数の増幅用トランジスタ(Q1〜Qn)のバイアス電圧を前記第１スイッチ回路(SW1)と前記信号入力端子(RFin)との間の第１ノードに供給するバイアス供給回路とを備える。【選択図】図１
2010239401.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号入力端子と、
電源電圧を受ける電源ノードと接地電圧を受ける接地ノードとの間に並列に接続された複数の増幅用トランジスタと、
前記複数の増幅用トランジスタと前記電源ノードとの間に接続された信号出力端子と、
外部からの利得制御信号に応答して、前記複数の増幅用トランジスタの制御端子の接続先を個別に前記信号入力端子または前記接地ノードに切替える第１スイッチ回路と、
前記複数の増幅用トランジスタのバイアス電圧を前記第１スイッチ回路と前記信号入力端子との間の第１ノードに供給するバイアス供給回路と、
を備える、
ことを特徴とする可変利得増幅回路。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１ノードと前記接地ノードとの間に接続され、前記複数の増幅用トランジスタのうち制御端子が前記接地ノードに接続されている増幅用トランジスタの制御端子からみた入力容量の合計と同等の容量値を有する容量手段をさらに備える、
ことを特徴とする可変利得増幅回路。
【請求項３】
請求項１において、
前記第１スイッチ回路は、
前記複数の増幅用トランジスタに対応して設けられ、各々が対応する増幅用トランジスタの制御端子の接続先を前記信号入力端子または前記接地ノードに切替える複数のスイッチを含む、
ことを特徴とする可変利得増幅回路。
【請求項４】
請求項１において、
前記複数の増幅用トランジスタはバイポーラトランジスタである、
ことを特徴とする可変利得増幅回路。
【請求項５】
請求項１において、
前記複数の増幅用トランジスタは電界効果型トランジスタである、
ことを特徴とする可変利得増幅回路。
【請求項６】
請求項１において、
前記複数の増幅用トランジスタはそれぞれ同じ駆動能力を有する、
ことを特徴とする可変利得増幅回路。
【請求項７】
請求項１において、
前記複数の増幅用トランジスタは、それぞれ異なる駆動能力を有する第１の増幅用トランジスタと第２の増幅用トランジスタとを含む、
ことを特徴とする可変利得増幅回路。
【請求項８】
請求項１において、
前記複数の増幅用トランジスタの各々は、
１つのトランジスタ素子,または,並列接続された複数のトランジスタ素子を含む、
ことを特徴とする可変利得増幅回路。
【請求項９】
請求項２において、
前記容量手段は、
前記複数の増幅用トランジスタのうちのいずれか１つまたは２つ以上の制御端子からみた入力容量の合計と同等の容量値を各々が有しかつ一端が前記接地ノードに接続された複数の素子と、
前記利得制御信号に応答して、前記複数の素子の他端と前記第１ノードとを接続または非接続に個別に切替える第２スイッチ回路と、
を含む、
ことを特徴とする可変利得増幅回路。
【請求項１０】
請求項２において、
前記容量手段は、
前記複数の増幅用トランジスタに対応して設けられ、その一端が前記接地ノードに接続され、各々が対応する増幅用トランジスタの制御端子からみた入力容量と同等の容量値を有する複数の素子と、
前記利得制御信号に応答して、前記複数の素子の他端と前記第１ノードとを接続または非接続に個別に切替える第２スイッチ回路と、
を含む、
ことを特徴とする可変利得増幅回路。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記第２スイッチ回路は、
前記複数の素子に対応して設けられ、各々が対応する素子の他端と前記第１ノードとを接続または非接続に切替える複数のスイッチを含む、
ことを特徴とする可変利得増幅回路。
【請求項１２】
請求項９または１０において、
前記複数の素子はコンデンサである、
ことを特徴とする可変利得増幅回路。
【請求項１３】
請求項９または１０において、
前記複数の素子は、前記複数の増幅用トランジスタのダミートランジスタであり、
前記複数の素子の容量として、前記ダミートランジスタの制御端子からみた入力容量を用いる、
ことを特徴とする可変利得増幅回路。
【請求項１４】
送信回路または受信回路を備え、
前記送信回路または前記受信回路に請求項１〜１３のいずれか１項に記載の可変利得増幅回路が用いられている、
ことを特徴とする無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はトランジスタを用いた半導体集積回路で構成された可変利得増幅回路およびそれを用いた無線通信装置に関するものである。特に本発明の可変利得増幅回路は各種無線通信機器において高周波信号の増幅に用いられるものであって、高周波特性の向上を図ったものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話やPHSといった移動無線通信機器では低消費電力化による長時間動作が商品訴求力の点で重要な項目となる。そのため、移動無線通信機器に用いられる半導体集積回路では低電圧、低電流動作が重要な特性となってくる。
【０００３】
移動無線通信機器に用いられる半導体集積回路では、送信,受信ブロックにおいて可変利得増幅回路が使用される。例えば、端末から基地局までの距離や障害物等の影響により電波の減衰量は変化するが、送信ブロックでは基地局で受信する信号をある一定のレベルとするため、端末からの送信出力電力を調整する必要がある。この際にパワーアンプやドライバアンプといったブロックで可変利得増幅回路を使用し送信出力電力を調整する。一方、受信ブロックでは、端末のアンテナから入力される信号レベルが距離や障害物等により変化するが、この信号をベースバンドLSIで処理できる信号レベルに調整するために低雑音増幅器や復調器等に可変利得増幅回路を使用する。
【０００４】
このような可変利得増幅回路には様々な回路形式のものが存在する。例えば、図6(a)に示す電流切り換え型の可変利得増幅回路では、上段の差動トランジスタ対(Q11,Q12)のベースバイアス電圧を傾けることにより負荷に流す電流量を調整し利得を変化させる。この場合、回路全体に流れる電流すなわちVCCに流れる電流量は一定であり、低利得時でも高利得時と同等の電力が消費される。そのため、低消費電流化のためには、利得の変化と共にVCCに流れる電流を変化させる必要があり、低利得時には低消費電流となるような可変利得増幅回路が必要となる。
【０００５】
図6(b)は、低消費電流化を目的とした従来の可変利得増幅回路の構成を示す回路図である(特許文献1参照)。この可変利得増幅回路では、信号増幅用トランジスタ101のベース端子には、バイアス印加用抵抗103を介して利得制御端子110が接続され、また、入力結合用コンデンサ104を介して可変利得増幅回路の入力端子112が接続されている。信号増幅用トランジスタ101のエミッタ端子はGNDに接地されている。信号増幅用トランジスタ101のコレクタ端子は、チョークコイルもしくは抵抗で構成される負荷素子109を介して電源電圧印加端子113に接続され、また、出力結合用コンデンサ105を介して可変利得増幅回路の出力端子111に接続されている。可変容量機能を有する能動回路として可変容量ダイオード102が信号増幅用トランジスタ101のベース端子に接続され、その一方端が制御回路108に接続されて容量値が制御される。また制御回路108には利得制御端子110からの利得制御信号が入力され、可変容量ダイオード102の制御信号が作成される。また可変容量ダイオード102の制御信号が入力される一方端はAC接地用容量103で接地される。
【０００６】
可変利得増幅回路の前段および後段には、アンプやフィルタ等の他の回路素子が接続されることが多い。その際、高周波においては、信号の反射や損失を小さくするために回路ブロックと回路ブロックとの間でインピーダンス整合をとるのが一般的である。可変利得増幅回路の場合、利得によって入出力インピーダンスが変化すると周波数特性の変化が生じるため、入出力インピーダンスが一定であることが望まれる。そのため、図6(b)の可変利得増幅回路では、利得制御端子110からの利得制御信号により可変容量ダイオード102を制御することで入出力インピーダンス変動を補正し、結果として入出力インピーダンス変動の少ない可変利得増幅回路を実現している。その動作原理について説明する。
【０００７】
入力端子112から入力された高周波信号は、入力結合用コンデンサ104でDCカットされた後、信号増幅用トランジスタ101で増幅され、出力端子111から出力される。このときの利得は、利得制御端子110から入力される利得制御信号によりバイアス抵抗103を介して信号増幅用トランジスタ101に与えられる制御電圧によって決まる。例えば、制御電圧が高くなると信号増幅用トランジスタ101の利得は増大するがベース−エミッタ間容量107の容量値も大きくなり、制御電圧が小さくなると信号増幅用トランジスタ101の利得は減少するがベース−エミッタ間容量107の容量値も小さくなる。このとき、ベース−エミッタ間容量107の容量値の変動と連動させて可変容量ダイオード102の容量値を変化させる。すなわち、制御電圧が高くなる際のベース−エミッタ間容量107の容量値の増大に伴い可変容量ダイオード102の容量値が小さくなるよう制御回路108により制御を行い、制御電圧が低くなる際のベース−エミッタ間容量107の容量値の減少に伴い可変容量ダイオード102の容量値が大きくなるよう制御回路108により制御を行う。このように可変容量ダイオード102を動作させ、制御電圧が変化してもベースからみた対GND容量値を変化させず常にほぼ一定に保つ。可変利得増幅回路の入力インピーダンスは、利得増幅用トランジスタ101のベースから見たインピーダンスで決まるので、結果として可変利得増幅回路の入力インピーダンス変動を抑えることができる。また、可変利得増幅回路の出力インピーダンスは、利得増幅用トランジスタ101のコレクタから見たインピーダンスで決まる。コレクタから見たインピーダンスは、ベース−コレクタ間がベース−コレクタ間容量106を介して接続されているため、入力インピーダンスと同様、利得増幅用トランジスタ101のベースから見たインピーダンスに依存する。先述のようにベースから見たインピーダンスの変動を抑えているため、コレクタから見たインピーダンスの変動も抑えることが可能である。結果として可変利得増幅回路の出力インピーダンスの変動を抑えることができる。また、インピーダンス補正に抵抗を用いていないため、出力レベルの低下やノイズ特性の劣化等の特性劣化を抑えることもできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開2007-235524号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した従来の可変利得増幅回路では、入出力インピーダンスの変動を抑えることは可能であるが、低消費電流化を目的として増幅用トランジスタのアイドル電流値を変えて利得を変化させているため、増幅用トランジスタの単位エミッタ面積当たりの電流値すなわち電流密度が利得によって変化する。高周波増幅回路の設計では、増幅用トランジスタの電流密度を最適化することによりトランジスタ性能を最大限に引き出し、高周波特性の向上を図っている。したがって、電流密度が変化すると歪や雑音といった高周波特性が劣化していくことになる。
【００１０】
また、可変利得増幅回路の重要な特性として利得可変範囲がある。利得可変範囲は、可変利得増幅回路が出力できる最大利得と最小利得の差で表される。上述した従来の可変利得増幅回路の場合、低周波信号における最大利得は最大電流値によっておおよそ決定され、最小利得は最小電流値で決定される。しかしながらGHz帯の高周波信号においては、最大利得は最大電流値によっておおよそ決定されるが、最小利得は最小電流値では決定されず、増幅用トランジスタのサイズによって決定される。これは、可変利得増幅回路の入力端子からの高周波入力信号が増幅用トランジスタのベース−コレクタ間の寄生容量によりベースからコレクタへ漏れ出し、この漏れ量によって可変利得増幅回路の出力端子からの高周波出力信号のレベルが決定されてしまうからである。したがって、増幅用トランジスタのサイズが大きくなるとベース−コレクタ間の容量値も大きくなり、結果として入力信号の漏れ量が増加し、最小利得を下げることができなくなる。すなわち利得可変範囲が狭くなってしまう。移動無線通信機器の送信部に用いられるパワーアンプやドライバアンプのような高い出力電力が必要とされる増幅回路では電流値も大きいため増幅用トランジスタのサイズを大きくする必要があり、利得可変範囲を広く取ることができない。各種通信システムではシステムとして必要な利得可変範囲が決まっているため、利得可変範囲が取れない場合には可変利得増幅回路をもう一段追加するなどしてそのシステムに対応する必要がある。その場合、追加分の可変利得増幅回路により消費電流の増加やチップ面積の増大等が生じ、半導体製品としての商品力を下げることになる。
【００１１】
本発明は上記従来の問題点を解決するものであり、その目的は、電流密度の変化による高周波特性の劣化を抑えることができる可変利得増幅回路を提供することである。また、本発明のもう１つの目的は、利得可変時の入出力インピーダンスの変化を抑制することができる可変利得増幅回路を提供することである。そして、これらの結果として可変利得範囲を広く取ることのできる可変利得増幅回路を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明による可変利得増幅回路は、信号入力端子(RFin)と、電源電圧を受ける電源ノード(VCC)と接地電圧を受ける接地ノード(GND)との間に並列に接続された複数の増幅用トランジスタ(Q1〜Qn)と、前記複数の増幅用トランジスタ(Q1〜Qn)と前記電源ノード(VCC)との間に接続された信号出力端子(RFout)と、外部からの利得制御信号に応答して、前記複数の増幅用トランジスタ(Q1〜Qn)の制御端子の接続先を個別に前記信号入力端子(RFin)または前記接地ノード(GND)に切替える第１スイッチ回路(SW1)と、前記複数の増幅用トランジスタ(Q1〜Qn)のバイアス電圧を前記第１スイッチ回路(SW1)と前記信号入力端子(RFin)との間の第１ノードに供給するバイアス供給回路とを備えることを特徴とする。
【００１３】
上記可変利得増幅回路では、第１スイッチ回路(SW1)により、複数の増幅用トランジスタ(Q1〜Qn)のそれぞれの制御端子の接続先を信号入力端子(RFin)または接地ノード(GND)に切替えることにより、増幅用トランジスタ(Q1〜Qn)のON/OFFを切替えて、増幅用トランジスタ(Q1〜Qn)に流れる電流値を調整し、利得の変化を実現している。
【００１４】
例えば、全ての増幅用トランジスタ(Q1〜Qn)の制御端子が信号入力端子(RFin)に接続される場合、並列接続された複数の増幅用トランジスタ(Q1〜Qn)全体に流れる電流値(各増幅用トランジスタ(Qi,i=1〜n)に流れる電流値の合計)が最大となり、可変利得増幅回路としての利得も最大となる。一方、複数の増幅用トランジスタ(Q1〜Qn)のうちの１つまたは２つ以上(例えばQ1)の制御端子の接続先を接地ノード(GND)に切替えることにより当該増幅用トランジスタ(例えばQ1)はOFFとなり、並列接続された複数の増幅用トランジスタ(Q1〜Qn)全体に流れる電流量(各増幅用トランジスタ(Qi,i=1〜n)に流れる電流の合計)が減少し、可変利得回路としての利得も減少する。この際、ONになっている増幅用トランジスタ(例えばQ2〜Qn)の各々に流れる電流値は一定のままであり電流密度は一定である。そのため、ONになっている増幅用トランジスタ(例えばQ2〜Qn)の高周波特性は劣化せず、良好な特性を得ることが可能である。
【００１５】
また、上記可変利得増幅回路において、前記第１ノードと前記接地ノード(GND)との間に接続され、前記複数の増幅用トランジスタ(Q1〜Qn)のうち制御端子が前記接地ノード(GND)に接続されている増幅用トランジスタの制御端子からみた入力容量の合計と同等の容量値を有する容量手段をさらに備えることを特徴とする。
【００１６】
上記可変利得増幅回路では、複数の増幅用トランジスタ(Q1〜Qn)のうちの１つまたは２つ以上(例えばQ1)をOFFする際に当該増幅用トランジスタ(例えばQ1)の制御端子からみた入力容量の合計と同等の容量値を有する容量手段が信号入力端子(RFin)側に接続されるため、信号入力端子(RFin)からみた入力インピーダンスの変動を抑制することができる。
【００１７】
また、上記可変利得増幅回路において、前記第１スイッチ回路(SW1)は、前記複数の増幅用トランジスタ(Q1〜Qn)に対応して設けられ、各々(SW1-i)が対応する増幅用トランジスタ(Qi)の制御端子の接続先を前記信号入力端子(RFin)または前記接地ノード(GND)に切替える複数のスイッチ(SW1-1〜SW1-n)を含むことを特徴とする。
【００１８】
また、上記可変利得増幅回路において、前記複数の増幅用トランジスタ(Q1〜Qn)はバイポーラトランジスタであることを特徴とする。
【００１９】
また、上記可変利得増幅回路において、前記複数の増幅用トランジスタ(Q1〜Qn)は電界効果型トランジスタであることを特徴とする。
【００２０】
また、上記可変利得増幅回路において、前記複数の増幅用トランジスタ(Q1〜Qn)はそれぞれ同じ駆動能力を有することを特徴とする。
【００２１】
また、上記可変利得増幅回路において、前記複数の増幅用トランジスタ(Q1〜Qn)は、それぞれ異なる駆動能力を有する第１の増幅用トランジスタと第２の増幅用トランジスタとを含むことを特徴とする。
【００２２】
また、上記可変利得増幅回路において、前記複数の増幅用トランジスタ(Q1〜Qn)の各々(Qi)は、１つのトランジスタ素子,または,並列接続された複数のトランジスタ素子を含むことを特徴とする。
【００２３】
また、上記可変利得増幅回路において、前記容量手段は、前記複数の増幅用トランジスタ(Q1〜Qn)のうちのいずれか１つまたは２つ以上の制御端子からみた入力容量の合計と同等の容量値を各々が有しかつ一端が前記接地ノード(GND)に接続された複数の素子と、前記利得制御信号に応答して、前記複数の素子の他端と前記第１ノードとを接続または非接続に個別に切替える第２スイッチ回路(SW2)とを含むことを特徴とする。
【００２４】
また、上記可変利得増幅回路において、前記容量手段は、前記複数の増幅用トランジスタ(Q1〜Qn)に対応して設けられ、その一端が前記接地ノード(GND)に接続され、各々(Ci)が対応する増幅用トランジスタ(Qi)の制御端子からみた入力容量と同等の容量値を有する複数の素子(C1〜Cn)と、前記利得制御信号に応答して、前記複数の素子(C1〜Cn)の他端と前記第１ノードとを接続または非接続に個別に切替える第２スイッチ回路(SW2)とを含むことを特徴とする。
【００２５】
また、上記可変利得増幅回路において、前記第２スイッチ回路(SW2)は、前記複数の素子(C1〜Cn)に対応して設けられ、各々(SW2-i)が対応する素子(Ci)の他端と前記第１ノードとを接続または非接続に切替える複数のスイッチ(SW2-1〜SW2-n)を含むことを特徴とする。
【００２６】
また、上記可変利得増幅回路において、前記複数の素子(C1〜Cn)はコンデンサであることを特徴とする。
【００２７】
また、上記可変利得増幅回路において、前記複数の素子(C1〜Cn)は、前記複数の増幅用トランジスタ(Q1〜Qn)のダミートランジスタ(DQ1〜DQn)であり、前記複数の素子(C1〜Cn)の容量として、前記ダミートランジスタ(DQ1〜DQn)の制御端子からみた入力容量を用いることを特徴とする。
【００２８】
本発明による無線通信装置は、送信回路または受信回路を備え、前記送信回路または前記受信回路に上記可変利得増幅回路が用いられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、複数の増幅用トランジスタ(Q1〜Qn)のうち制御端子が信号入力端子(RFin)側に接続されている増幅用トランジスタの電流密度を利得の変化にかかわらず一定に保つことができる。これにより、電流密度の変化に起因する高周波特性の劣化を抑えることができる。
【００３０】
また、複数の増幅用トランジスタ(Q1〜Qn)のうち制御端子が接地ノード(GND)側に接続されている増幅用トランジスタの制御端子からみた入力容量の合計と同等の容量値を有する容量手段が信号入力端子(RFin)側に接続されるため、信号入力端子(RFin)からみた入力インピーダンスの変動を抑制することができる。
【００３１】
そして、これらの結果として、可変利得範囲を広く取ることのできる可変利得増幅回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第1の実施形態による可変利得増幅回路の構成を示す回路図である。
【図２】(a)増幅用トランジスタQ1〜Qnの構成例を示す図である。(b)コンデンサC1〜Cnの代替例を示す図である。
【図３】スイッチ回路SW2およびコンデンサC1〜Cnの代替例を示す回路図である。
【図４】電界効果トランジスタを用いた可変利得増幅回路の構成を示す回路図である。
【図５】第2の実施形態による無線通信装置の構成を示すブロック図である。
【図６】従来の可変利得増幅回路の構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００３４】
(第1の実施形態)
第1の実施形態による可変利得増幅回路の構成を図1に示す。この可変利得増幅回路は、信号入力端子RFinと、信号出力端子RFoutと、n(n≧2)個の増幅用トランジスタQ1〜Qnと、カスコードトランジスタQcと、コンデンサCin,Cout,C1〜Cnと、負荷インダクタLoutと、バイアス供給回路10,20と、スイッチ回路SW1,SW2と、スイッチ制御部30とを備えている。
【００３５】
増幅用トランジスタQ1〜Qnのエミッタ端子は互いに共通接続され、このエミッタ端子の共通接続ノードは接地電圧を受ける接地ノードGNDに接続されている。増幅用トランジスタQ1〜Qnのコレクタ端子は互いに共通接続され、このコレクタ端子の共通接続ノードはカスコードトランジスタQcのエミッタ端子に接続されている。カスコードトランジスタQcのベース端子にはバイアス供給回路20からのバイアス電圧が供給される。
【００３６】
負荷インダクタLoutは、電源電圧を受ける電源ノードVCCとカスコードトランジスタQcのコレクタ端子との間に接続されている。コンデンサCoutは、負荷インダクタLoutとカスコードトランジスタQcとの相互接続ノードN2と信号出力端子RFoutとの間に接続されている。
【００３７】
スイッチ回路SW1はn個のスイッチSW1-1〜SW1-nを備えている。スイッチSW1-1〜SW1-nは増幅用トランジスタQ1〜Qnに対応している。各スイッチSW1-i(i=1〜n)は端子a〜cを有しており、スイッチ制御部30からの制御信号に応答して端子cの接続先を端子aまたは端子bに切替える。各スイッチSW1-i(i=1〜n)の端子cは、対応する増幅用トランジスタQi(i=1〜n)のベース端子に接続されている。各スイッチSW1-i(i=1〜n)の端子bは、接地ノードGNDに接続されている。
【００３８】
スイッチ回路SW2はn個のスイッチSW2-1〜SW2-nを備えている。スイッチSW2-1〜SW2-nはスイッチSW1-1〜SW1-nに対応している。各スイッチSW2-i(i=1〜n)は端子a〜cを有しており、スイッチ制御部30からの制御信号に応答して端子cの接続先を端子aまたは端子bに切替える。各スイッチSW2-i(i=1〜n)の端子aは、対応するスイッチSW1-i(i=1〜n)の端子aに接続されている。各スイッチSW2-i(i=1〜n)の端子cはノードN1に接続されている。
【００３９】
コンデンサC1〜Cnは、スイッチSW2-1〜SW2-nに対応している。各コンデンサCi(i=1〜n)の一端は、対応するスイッチSW2-i(i=1〜n)の端子bに接続されており、他端は接地ノードGNDに接続されている。スイッチSW2-1〜SW2-nはスイッチSW1-1〜SW1-nに対応しており、スイッチSW1-1〜SW1-nは増幅用トランジスタQ1〜Qnに対応しているため、コンデンサC1〜Cnは増幅用トランジスタQ1〜Qnに対応している。各コンデンサCi(i=1〜n)の容量値は、対応する増幅用トランジスタQi(i=1〜n)のベース端子から見た入力容量(図6(b)のベース−エミッタ間容量107に相当)と等しい値に設定されている。
【００４０】
スイッチ制御部30は、外部からの利得制御信号に応じてスイッチ回路SW1,SW2のスイッチSW1-1〜1-n,SW2-1〜2-nの接続切替えを制御する。スイッチ制御部30は、利得制御信号に応じた利得を実現するために各増幅用トランジスタQi(i=1〜n)のON/OFFを決定し、ONにすべき増幅用トランジスタQjに対応するスイッチSW1-jの端子cの接続先を端子aに、OFFにすべき増幅用トランジスタQkに対応するスイッチSW1-kの端子cの接続先を端子bに切替える。また、スイッチ制御部30は、スイッチ回路SW1のスイッチSW1-1〜1-nの接続切替えに連動させてスイッチ回路SW2のスイッチSW2-1〜2-nの接続を切替える。具体的には、端子cの接続先を端子aに切替えるスイッチSW1-jに対応するスイッチSW2-jの端子cの接続先を端子aに、端子cの接続先を端子bに切替えるスイッチSW1-kに対応するスイッチSW2-kの端子cの接続先を端子bに切替える。
【００４１】
コンデンサCinは信号入力端子RFinとノードN1との間に接続されている。バイアス供給回路10は増幅用トランジスタQ1〜Qnのバイアス電圧をノードN1に供給する。
【００４２】
可変利得増幅回路の前段および後段にはアンプやフィルタ等の他の機能ブロックが接続される。その際、高周波信号においては、信号の反射や損失を小さくするために回路ブロックと回路ブロックとの間でインピーダンス整合をとるのが一般的である。その際、可変利得増幅回路の入出力インピーダンスが利得によらず一定であることが望まれる。
【００４３】
そのため第1の実施形態では、スイッチ制御部30によりスイッチ回路SW1,SW2のスイッチSW1-1〜1-n,SW2-1〜2-nの切替えを制御して増幅用トランジスタQ1〜Qnのそれぞれのベース端子の接続先をバイアス供給回路10側あるいは接地ノードGND側へ切替えることにより、増幅用トランジスタQ1〜QnのON/OFFを切替え、増幅用トランジスタQ1〜Qn全体に流れる電流値Icを調整し、利得の変化を実現している。
【００４４】
例えば、増幅用トランジスタQ1〜Qn全てのベース端子がバイアス供給回路10側に接続される場合(全てのスイッチSW1-1〜SW1-n,SW2-1〜SW2-nの端子cが端子aに接続される場合)、増幅用トランジスタQ1〜Qn全体に流れる電流値Icが最大となり、可変利得増幅回路としての利得も最大となる。一方、増幅用トランジスタQ1〜Qnのうちの１つまたは２つ以上(図1ではQ2)のベース端子を接地ノードGND側に接続する(図1ではスイッチSW1-2,SW2-2の端子cが端子bに接続され、それ以外のスイッチSW1-j,SW2-j(j=1〜n,j≠2)の端子cが端子aに接続される)ことにより当該増幅用トランジスタ(図1ではQ2)はOFFとなり、増幅用トランジスタQ1〜Qn全体に流れる電流値Icが減少し、可変利得回路としての利得も減少する。この際、ONになっている増幅用トランジスタ(図1ではQj(j=1〜n,j≠2))の各々に流れる電流値は一定のままであり、単位エミッタ面積当たりの電流密度は一定である。そのため、ONになっている各増幅用トランジスタ(図1ではQj(j=1〜n,j≠2))の高周波特性は劣化せず、良好な特性を得ることが可能である。
【００４５】
また、OFFにする増幅用トランジスタQk(図1ではQ2)のベース端子は、対応するスイッチSW1-k(図1ではSW1-2)により信号入力端子RFinと切断しているため、利得の減少と共に信号入力端子RFinに接続されるコレクタ−ベース間容量を減少させることができ、結果として最小利得を小さくすることが可能である。
【００４６】
さらに、OFFにする増幅用トランジスタQk(図1ではQ2)のベース端子からみた容量値とほぼ同等の容量値を持つコンデンサCk(図1ではC2)を、対応するスイッチSW2-k(図1ではSW2-2)により信号入力端子RFinに接続するため、信号入力端子RFinからみた入力インピーダンスの変動を小さくすることができる。
【００４７】
このように第1の実施形態によれば、インピーダンス変動を抑え、単位エミッタ面積当たり電流密度を一定に保つことができ、高周波特性の良好な可変利得増幅回路を実現できる。
【００４８】
なお、上述の構成においては、増幅用トランジスタQ1〜Qn全ての駆動能力を同じにしておき、ONにする増幅用トランジスタの数で利得の変化を実現してもよいし、増幅用トランジスタQ1〜Qnの駆動能力を異ならせておき、必要な増幅用トランジスタをONにすることで利得の変化を実現してもよい。
【００４９】
また、各増幅用トランジスタQi(i=1〜n)は、図1に示すように1つのトランジスタ素子で構成してもよいし、図2(a)に示すように並列接続された複数のトランジスタ素子で構成してもよい。
【００５０】
また、上述の構成において、コンデンサC1〜Cnに代えて、図2(b)に示すように、増幅用トランジスタQ1〜Qnと同等のダミートランジスタDQ1〜DQnを用いてもよい。この場合、ダミートランジスタDQ1〜DQnのベース端子からみた容量がコンデンサC1〜Cnの代わりになる。
【００５１】
また、上述の構成においては増幅用トランジスタQ1〜Qnに1対1で対応させてコンデンサC1〜Cnを設けているが必ずしもこのように構成する必要はなく、OFFにする増幅用トランジスタQkのベース端子からみた容量値の合計とほぼ同等の容量を信号入力端子RFinに接続すればよい。たとえば図3に示すように、それぞれ容量値の異なるコンデンサC11〜Cx(これらは増幅用トランジスタQ1〜Qnと1対1ではない)を設けておき、OFFにする増幅用トランジスタQkに応じて必要なコンデンサC11〜CxをスイッチSW2-11〜SW2-xによりノードN1に接続するようにしてもよい。
【００５２】
また、上述の構成においては、増幅用トランジスタQ1〜Qn,カスコードトランジスタQcにバイポーラトランジスタを用いているが、図4に示すように電界効果トランジスタM1〜Mn,Mcを用いてもよい。
【００５３】
また、上述の構成はシングル入出力の可変利得増幅回路としているが、同様の回路を並列に接続した差動入出力の可変利得増幅回路としてもよい。
【００５４】
（第2の実施形態）
第2の実施形態による無線通信装置(典型例として携帯電話機を想定)の回路構成を図5に示す。この無線通信装置は、アンテナ201と、デュプレクサ202と、パワーアンプ203と、フィルタ204,213と、ドライバアンプ205と、変調器206と、発振器208,210と、ローカルアンプ209,211と、低雑音増幅器212と、復調器207とを備えている。上記構成において、送信ドライバアンプ205,パワーアンプ203,低雑音増幅器212等に第1の実施形態による可変利得増幅回路が適用される。
【００５５】
図5の無線通信装置において、送信時は、ベースバンドLSIからの信号が変調器206に入力され、発振器208で発生しローカルアンプ209で増幅されたローカル信号により直交変調される。直交変調された信号はドライバアンプ205で増幅され、フィルタ204で不要周波数成分をフィルタリングし、パワーアンプ203でさらに増幅された後、デュプレクサ202を介してアンテナ201から基地局へ送信される。この際、パワーアンプ203やドライバアンプ205によって利得の調整を行うことにより、送信出力電力を変化させ、基地局へ所望の信号レベルが送られる。一方、基地局から送信された信号はアンテナ201で受信され、デュプレクサ202を介して低雑音増幅器212で増幅される。増幅された信号はフィルタ213によりフィルタリングされた後、復調器207に入力され、発振器210で発生しローカルアンプ211で増幅されたローカル信号により復調され、ベースバンド信号としてベースバンドLSIに入力される。この際、アンテナ201へ入力される信号レベルを適切なレベルでベースバンドLSIに送るために、低雑音増幅器212および復調器207において利得の調整を行う。
【００５６】
上記動作において、高周波信号が通過するパワーアンプ203,フィルタ204,ドライバアンプ205,低雑音増幅器212,フィルタ213といったブロックの段間では、ロスを抑え周波数特性を良くするためにインピーダンス整合をとっている。インピーダンス整合にずれが生じると通話品質が劣化する。そのため、パワーアンプ203,ドライバアンプ205,低雑音増幅器212等の増幅器の利得を可変する際に入出力インピーダンスが変化しないことが重要である。また、移動無線通信装置において、通話時間あるいは待ち受け時間を長くするためには低消費電流化が必要であり、そのため低利得時には可変利得増幅回路の電流値を減少させることが有効である。上述のとおり、第1の実施形態による可変利得増幅回路を用いれば、インピーダンス整合のずれを抑え,かつ,利得可変時の高周波特性を劣化させることなく低消費電流化を図ることが可能である。図5の無線通信装置においては、送信ドライバアンプ205,パワーアンプ203,低雑音増幅器212等に第1の実施形態による可変利得増幅回路を適用しているため、高性能な無線通信装置を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の可変利得増幅回路は、通信用半導体集積回路内のパワーアンプ,送信ドライバアンプ,低雑音増幅器等として有用である。特に高周波回路として使用した場合、本発明の効果が大きい。
【符号の説明】
【００５８】
RFin…信号入力端子
RFout…信号出力端子
Q1〜Qn…増幅用トランジスタ(バイポーラトランジスタ)
M1〜Mn…増幅用トランジスタ(電界効果トランジスタ)
SW1,SW2…スイッチ回路
SW1-1〜1-n,SW2-1〜2-n…スイッチ
C1〜Cn,Cin,Cout…コンデンサ
Qc,Mc…カスコードトランジスタ
Lout…負荷インダクタ
10,20…バイアス供給回路
30…スイッチ制御部
201…アンテナ
202…デュプレクサ
203…パワーアンプ
204,213…フィルタ
205…ドライバアンプ
206…変調器
207…復調器
208,210…発振器
209,211…ローカルアンプ
212…低雑音増幅器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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