(57)【要約】  一実施形態によれば、送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチは、送信ポートとアンテナポートとの間に送信スイッチと、受信ポートとアンテナポートとの間に受信スイッチと、送信スイッチと送信ポートとの間に並列に結合された送信インダクタと、送信スイッチと送信ポートとの間に並列に結合された受信インダクタと、を含む。Ｔ／Ｒスイッチは、電力増幅器（ＰＡ）出力整合回路と共同設計することができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチを含み、
前記Ｔ／Ｒスイッチは、
送信ポートとアンテナポートとの間に送信スイッチと、
受信ポートと前記アンテナポートとの間に受信スイッチと、
前記送信スイッチと前記送信ポートとの間に並列に結合された送信インダクタと、
前記送信スイッチと前記送信ポートとの間に並列に結合された受信インダクタと、
を含む、
無線通信のための電子回路。
【請求項２】
前記整合ネットワーク回路の入力ポートに並列に結合された第１のキャパシタと、
前記第１のキャパシタに並列に結合された広帯域オンチップトランスと、
前記広帯域オンチップトランスと前記整合ネットワーク回路の出力ポートとの間に直列に結合された第２のキャパシタと、
を有する、電力増幅器（ＰＡ）出力整合ネットワークを更に含み、
前記整合ネットワーク回路の前記出力ポートは、前記Ｔ／Ｒスイッチの前記送信ポートに結合されている、
請求項１に記載の電子回路。
【請求項３】
前記整合回路の前記第１のキャパシタ、前記オンチップトランス、前記第２のキャパシタ、並びに、前記Ｔ／Ｒスイッチの前記送信インダクタ及び前記受信インダクタの組み合わせは、
前記ＰＡ出力整合ネットワークの前記入力ポートにおける最適抵抗ＲOPTと実質的に等しい前記電子回路の実数インピーダンスと、
０に実質的に等しい前記回路の虚数インピーダンスと、
低挿入損失と、
をもたらす、
請求項２に記載の電子回路。
【請求項４】
前記Ｔ／Ｒスイッチと前記ＰＡ出力整合ネットワークは共同設計された回路であり、前記第１及び第２のキャパシタ、前記送信インダクタ、及びトランスパラメータは、
アンテナの負荷インピーダンス、
前記送信スイッチのオン抵抗、及び
前記送信スイッチのオフ容量、
と整合する広帯域インピーダンスを有する、
請求項２に記載の電子回路。
【請求項５】
前記ＰＡ出力整合ネットワークと前記Ｔ／Ｒスイッチは、集積回路である、
請求項２に記載の電子回路。
【請求項６】
前記送信インダクタは、前記送信スイッチからの寄生容量を共振させるためのインダクタンスを有し、前記受信インダクタは、前記受信スイッチの寄生容量を共振させるためのインダクタンスを有する、
請求項１に記載の電子回路。
【請求項７】
前記送信スイッチは、前記送信ポートをアンテナに接続する「オン」状態と、前記アンテナから前記送信ポートを接続解除する「オフ」状態とを有する、
請求項１に記載の電子回路。
【請求項８】
前記受信スイッチは、前記受信ポートをアンテナに接続する「オン」状態と、前記アンテナから前記受信ポートを接続解除する「オフ」状態とを有する、
請求項１に記載の電子回路。
【請求項９】
前記送信及び受信スイッチはそれぞれ、１以上の電界効果トランジスタを含む、
請求項１に記載の電子回路。
【請求項１０】
前記送信及び受信スイッチはそれぞれ、２つの極を含み、
「オン」の状況で、
第１の極が閉じられ、前記アンテナポートにそれぞれのポートを接続し、
第２の極が開いて、共通帰線にそれぞれのポートを接続解除し、
「オフ」の状況で、
前記第１の極が開いて、前記アンテナポートから前記それぞれのポートを接続解除し、
前記第２の極が閉じられ、前記共通帰線に前記それぞれの線を接続する、
請求項１に記載の電子回路。
【請求項１１】
送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチを備え、
前記Ｔ／Ｒスイッチは、
送信ポートとアンテナポートとの間に送信スイッチと、
受信ポートと前記アンテナポートとの間に受信スイッチと、
前記送信スイッチと前記送信ポートとの間に並列に結合された送信インダクタと、
前記送信スイッチと前記送信ポートとの間に並列に結合された受信インダクタと、
を含む、
無線周波数（ＲＦ）フロントエンド回路。
【請求項１２】
前記整合ネットワーク回路の入力ポートと並列に結合された第１のキャパシタと、
前記第１のキャパシタに並列に結合された広帯域オンチップトランスと、
前記広帯域オンチップトランスと前記整合ネットワーク回路の出力ポートとの間に直列に結合された第２のキャパシタと、
を有する、電力増幅器（ＰＡ）出力整合ネットワークを更に含み、
前記整合ネットワーク回路の前記出力ポートは、前記Ｔ／Ｒスイッチの前記送信ポートに結合されている、
請求項１１に記載のＲＦフロントエンド回路。
【請求項１３】
前記整合回路の前記第１のキャパシタ、前記オンチップトランス、前記第２のキャパシタ、並びに、前記Ｔ／Ｒスイッチの前記送信インダクタ及び前記受信インダクタの組み合わせは、
前記ＰＡ出力整合ネットワークの前記入力ポートにおける最適抵抗ＲOPTと実質的に等しい前記電子回路の実数インピーダンスと、
０に実質的に等しい前記回路の虚数インピーダンスと、
低挿入損失と、
をもたらす、
請求項１２に記載のＲＦフロントエンド回路。
【請求項１４】
前記Ｔ／Ｒスイッチと前記ＰＡ出力整合ネットワークは共同設計された回路であり、前記第１及び第２のキャパシタ、前記送信インダクタ、及びトランスパラメータは、
アンテナの負荷インピーダンス、
前記送信スイッチのオン抵抗、及び
前記送信スイッチのオフ容量、
と整合する広帯域インピーダンスを有する、
請求項１２に記載のＲＦフロントエンド回路。
【請求項１５】
前記ＰＡ出力整合ネットワークと前記Ｔ／Ｒスイッチは、集積回路である、
請求項１２に記載のＲＦフロントエンド回路。
【請求項１６】
前記送信インダクタは、前記送信スイッチからの寄生容量を共振させるためのインダクタンスを有し、前記受信インダクタは、前記受信スイッチの寄生容量を共振させるためのインダクタンスを有する、
請求項１１に記載のＲＦフロントエンド回路。
【請求項１７】
前記送信スイッチは、前記送信ポートをアンテナに接続する「オン」状態と、前記アンテナから前記送信ポートを接続解除する「オフ」状態とを有する、
請求項１１に記載のＲＦフロントエンド回路。
【請求項１８】
前記受信スイッチは、前記受信ポートをアンテナに接続する「オン」状態と、前記アンテナから前記受信ポートを接続解除する「オフ」状態とを有する、
請求項１１に記載のＲＦフロントエンド回路。
【請求項１９】
前記送信及び受信スイッチはそれぞれ、１以上の電界効果トランジスタを含む、
請求項１１に記載のＲＦフロントエンド回路。
【請求項２０】
前記送信及び受信スイッチはそれぞれ、２つの極を含み、
「オン」の状況で、
第１の極が閉じられ、前記アンテナポートにそれぞれのポートを接続し、
第２の極が開いて、共通帰線にそれぞれのポートを接続解除し、
「オフ」の状況で、
前記第１の極が開いて、前記アンテナポートから前記それぞれのポートを接続解除し、
前記第２の極が閉じられ、前記共通帰線に前記それぞれの線を接続する、
請求項１１に記載のＲＦフロントエンド回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
この出願は、２０１８年４月２７日に出願された、米国特許出願第１５／９６５，６９４号の利益を主張する。
【０００２】
本発明の実施形態は、概して無線通信デバイスに関する。より具体的には、本発明の実施形態は、通信デバイスの送信／受信スイッチと広帯域電力増幅器整合ネットワークに関する。
【背景技術】
【０００３】
５Ｇ通信は、２４ＧＨｚから４３ＧＨｚまでの周波数範囲での広帯域動作を必要とし、広帯域で効率的な無線送信機を必要とする。従来、電力増幅器（ＰＡ）と送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチは、単一の標準５０Ωインタフェースで別々に設計されている。これらの回路の分離により、送信機の帯域幅、出力電力、及び効率が犠牲になる可能性がある。
【０００４】
主要な送信機の仕様（例えば、帯域幅、出力電力及び効率）は、ＰＡアクティブトランジスタを超えて配置されたコンポーネント、例えば、ＰＡ出力整合ネットワーク及びＴ／Ｒスイッチによって、実質的に調節又は支配されている。したがって、ＰＡ出力整合ネットワーク及びＴ／Ｒスイッチの共同設計は、送信機のパフォーマンスを向上させるための独自の利点と利益を提供することができる。
【０００５】
さらに、Ｔ／Ｒスイッチは、送信及び受信ブランチが別個の整合インダクタを有する場合、より大きな程度の設計自由度及び改善されたインピーダンス整合を有益に有することができる。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の実施形態は、例として例示されており、同様の参照が類似の要素を示す添付の図面の図に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一実施形態による無線通信デバイスの例を示すブロック図である。
【図２】一実施形態によるＲＦフロントエンド集積回路の例を示すブロック図である。
【図３】一実施形態によるＲＦフロントエンド集積回路を示すブロック図である。
【図４】一実施形態による電力増幅器集積回路の例を示すブロック図である。
【図５】一実施形態によるＰＡ出力整合ネットワーク及びＴ／Ｒスイッチを示す。
【図６】一実施形態によるＰＡ出力整合ネットワーク及びＴ／Ｒスイッチを示す。
【図７】出力整合回路それ自体と、Ｔ／Ｒスイッチに接続された出力整合回路との比較を示すグラフａ〜ｃである。
【図８】共同設計された出力整合回路とＴ／Ｒスイッチの実数インピーダンス、虚数インピーダンス及び受動的損失を示すグラフａ〜ｃである。
【図９】Ｔ／Ｒスイッチの実施形態を示す図である。
【０００８】
図１は、一実施形態による無線通信デバイスの例を示すブロック図である。
【０００９】
図２は、一実施形態によるＲＦフロントエンド集積回路の例を示すブロック図である。
【００１０】
図３は、一実施形態によるＲＦフロントエンド集積回路を示すブロック図である。
【００１１】
図４は、一実施形態による電力増幅器集積回路の例を示すブロック図である。
【００１２】
図５は、一実施形態によるＰＡ出力整合ネットワーク及びＴ／Ｒスイッチを示す。
【００１３】
図６は、一実施形態によるＰＡ出力整合ネットワーク及びＴ／Ｒスイッチを示す。
【００１４】
図７は、グラフａ〜ｃが、出力整合回路それ自体と、Ｔ／Ｒスイッチに接続された出力整合回路との比較を示す。
【００１５】
図８は、グラフａ〜ｃが、共同設計された出力整合回路とＴ／Ｒスイッチの実数インピーダンス、虚数インピーダンス及び受動的損失を示す。
【００１６】
図９は、Ｔ／Ｒスイッチの実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の様々な実施形態及び態様が以下で説明される詳細を参照して説明され、添付の図面は様々な実施形態を例示するであろう。以下の説明及び図面は、本発明の例示であり、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。本発明の様々な実施形態の完全な理解を提供するために、多数の特定の詳細が説明されている。しかしながら、特定の例において、本発明の実施形態の簡潔な説明を提供するために、周知又は従来の詳細は説明されていない。
【００１８】
本明細書での「一実施形態」又は「実施形態」の言及は、実施形態に関連して説明された特定の特徴、構造又は特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれ得ることを意味している。本明細書の様々な場所における「一実施形態において」という句の出現は、必ずしも全てが同じ実施形態を指すとは限らない。
【００１９】
いくつかの実施形態によれば、無線通信のための電子回路は、送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチを含む。Ｔ／Ｒスイッチは、送信ポートとアンテナポートとの間に送信スイッチと、受信ポートとアンテナポートとの間に受信スイッチと、送信スイッチと送信ポートとの間に送信インダクタと、送信スイッチと送信ポートとの間に受信インダクタと、を含み得る。
【００２０】
いくつかの実施形態によれば、無線通信のための電子回路は、Ｔ／Ｒスイッチと電力増幅器整合ネットワークとを備えた共同設計された回路であり得る。整合ネットワークは、整合ネットワーク回路の入力ポートに並列に結合された第１のキャパシタと、第１のキャパシタに並列に結合された広帯域オンチップトランスと、広帯域オンチップトランスと整合ネットワーク回路の出力ポートとの間に直列に結合された第２のキャパシタと、を含むことができ、整合ネットワーク回路の出力ポートは、Ｔ／Ｒスイッチの送信ポートに結合されている。
【００２１】
いくつかの実施形態によれば、整合ネットワーク回路は、整合ネットワーク回路の入力ポートに並列に結合された第１のキャパシタと、第１のキャパシタに並列に結合された広帯域オンチップトランスと、を含み、広帯域オンチップトランスは、一次巻線と二次巻線を含み、二次巻線は部分巻線である。整合ネットワーク回路は、広帯域オンチップトランスと整合ネットワーク回路の出力ポートとの間に直列に結合された第２のキャパシタを含む。
【００２２】
一態様では、広帯域オンチップトランスの一次及び二次巻線は、平面八角形巻線を含む。別の実施形態では、一次巻線の平面八角形巻線は、平面軸（planer axis）に沿って二次巻線の平面八角形巻線に電磁的に結合される。別の実施形態では、一次及び二次巻線は、誘電体の層により分離される。一次及び二次巻線は、集積回路（ＩＣ）の一部として、異なる基板層上に配置することができる。
【００２３】
一実施形態では、二次巻線の部分巻線は、約１．５ターンの巻線を含む。一実施形態では、一次巻線は、入力ポートの回路にバイアス電圧を供給するために電力供給源に結合される。一実施形態では、二次巻線は、少なくとも２つの導電層を含む。
【００２４】
別の態様によれば、二段電力増幅器（ＰＡ）は、第１の増幅段と、第２の増幅段と、第１の増幅段と第２の増幅段の間に結合された第１の整合ネットワーク回路と、第２の増幅段の出力ポートに結合された第２の整合ネットワーク回路と、を含む。第２の整合ネットワークは、第２の整合ネットワーク回路の入力ポートに並列に結合された第１のキャパシタと、第１のキャパシタに並列に結合された広帯域オンチップトランスと、を含み、広帯域オンチップトランスは、一次巻線及び二次巻線を含み、二次巻線は部分巻線である。一次及び二次巻線は、集積回路（ＩＣ）の一部として、異なる基板層上に配置することができる。第２の整合ネットワークは、広帯域オンチップトランスと第２の整合ネットワーク回路の出力ポートとの間に直列に結合された第２のキャパシタを含む。
【００２５】
別の態様によれば、ＲＦフロントエンド集積回路（ＩＣ）デバイスは、送信された信号を増幅するための二段電力増幅器（ＰＡ）を含む。ＰＡは、第１の増幅段、第２の増幅段、第１の増幅段と第２の増幅段の間に結合された第１の整合ネットワーク回路、及び、第２の増幅段の出力ポートに結合された第２の整合ネットワーク回路と、を含む。第２の整合ネットワークは、第２の整合ネットワーク回路の入力ポートに並列に結合された第１のキャパシタと、第１のキャパシタに並列に結合された広帯域オンチップトランスと、を含み、広帯域オンチップトランスは、一次巻線及び二次巻線を含み、二次巻線は部分巻線である。一次及び二次巻線は、集積回路の一部として、異なる基板層上に配置することができる。第２の整合ネットワークは、広帯域オンチップトランスと第２の整合ネットワーク回路の出力ポートとの間に直列に結合された第２のキャパシタを含む。
【００２６】
図１は、本発明の一実施形態による無線通信デバイスの例を示すブロック図である。図１を参照すると、無線通信デバイス１００は、単に無線デバイスとも称され、特に、ＲＦフロントエンドモジュール１０１とベースバンドプロセッサ１０２とを含む。無線デバイス１００は、例えば、携帯電話、ノートパソコン、タブレット、ネットワーク電化製品（例えば、モノのインターネット又はＩＯＴ電化製品）などの任意の種類の無線通信デバイスとすることができる。
【００２７】
無線受信回路において、ＲＦフロントエンドは、ミキサー段を含むアンテナ間の全ての電気回路についての総称である。それは、元の入射無線周波数で信号を処理してから、より低い中間周波数（ＩＦ）に変換する受信機における全ての構成要素からなる。マイクロ波及び衛星受信機では、低ノイズブロック（ＬＮＢ）又は低ノイズダウンコンバータ（ＬＮＤ）と呼ばれることが多く、アンテナに配置されていることが多いため、より扱いやすい中間周波数で受信機の残りの部分にアンテナからの信号を伝送することができる。ベースバンドプロセッサは、全ての無線機能（アンテナを必要とする全ての機能）を扱うネットワークインタフェースにおけるデバイス（チップ又はチップの一部）である。
【００２８】
一実施形態では、ＲＦフロントエンドモジュール１０１は、１以上のＲＦ送受信機を含み、ＲＦ送受信機の各々は、複数のＲＦアンテナの１つを介して、特定の周波数帯（例えば、重複しない周波数範囲などの特定の周波数範囲）内でＲＦ信号を送信及び受信する。ＲＦフロントエンドＩＣチップは、ＲＦ送受信機に結合された周波数合成器を更に含む。周波数合成器は、ＲＦ送受信機が、対応する周波数帯内でＲＦ信号を混合、変調、及び／又は復調することができるように、局部発振器（ＬＯ）信号を生成し、ＲＦ送受信機の各々に提供する。ＲＦ送受信機及び周波数合成器は、単一のＲＦフロントエンドＩＣチップ又はパッケージとして、単一のＩＣチップ内に統合することができる。
【００２９】
図２は、本発明の一実施形態によるＲＦフロントエンド集積回路の例を示すブロック図である。図２を参照すると、ＲＦフロントエンド１０１は、特に、マルチバンドＲＦ送受信機２１１に結合された周波数合成器２００を含む。送受信機２１１は、アンテナ２２１を介して、１以上の周波数帯又はＲＦ周波数の広範囲内でＲＦ信号を送信及び受信するように構成されている。一実施形態では、送受信機２１１は、周波数合成器２００から１以上のＬＯ信号を受信するように構成されている。ＬＯ信号は、１以上の対応する周波数帯に対して生成される。ＬＯ信号は、対応する周波数帯内でＲＦ信号を送受信する目的のため、送受信機により混合、変調、復調するために利用される。示されている送受信機とアンテナは一つのみであるが、送受信機とアンテナの複数の組を周波数帯毎に１つずつ実装することができる。
【００３０】
図３は、一実施形態によるＲＦフロントエンド集積回路を示すブロック図である。図３を参照すると、周波数合成器３００は、上記の周波数合成器２００に相当し得る。一実施形態では、周波数合成器３００は、送受信機２１１などの送受信機の一部であり得る、広帯域送信機３０１と広帯域受信機３０２とに通信可能に結合されている。広帯域送信機３０１は、複数の周波数帯のＲＦを送信する。
【００３１】
一実施形態では、送信機３０１は、フィルタ３０３、ミキサー３０４、及び電力増幅器３０５を含む。フィルタ３０３は、送り先に送信された送信（ＴＸ）信号を受信する１以上のローパス（ＬＰ）フィルタであり得る。ＴＸ信号は、ベースバンドプロセッサ１０２などのベースバンドプロセッサから提供され得る。ミキサー３０１（アップ・コンバートミキサーとも称される）は、周波数合成器３００により提供された局部発振（ＬＯ）信号に基づいて１以上のキャリア周波数信号にＴＸ信号を混合及び変調するように構成されている。変調された信号は、その後、電力増幅器３０５により増幅され、増幅された信号はその後、アンテナ３１０を介して遠隔受信機に送信される。
【００３２】
ＲＦフロントエンド集積回路は、受信機３０２を含むことができる。受信機３０２は、低ノイズアンプ（ＬＮＡ）３０６、ミキサー３０７、及びフィルタ３０８を含む。ＬＮＡ３０６は、アンテナ３１０を介して遠隔送信機からＲＦ信号を受信し、受信したＲＦ信号を増幅することができる。増幅されたＲＦ信号は、その後、周波数合成器３００により提供されたＬＯ信号に基づいてミキサー３０７（ダウンコンバートミキサーとも称される）により復調される。復調された信号は、その後、ローパスフィルタであり得るフィルタ３０８により処理される。一実施形態では、送信機３０１と受信機３０２は、送信及び受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ３０９を介してアンテナ３１０を共有する。Ｔ／Ｒスイッチ３０９は、特定の時点で送信機３０１又は受信機３０２の何れかにアンテナ３１０を結合するために送信機３０１と受信機３０２との間で切り替えるように構成されている。示されている送信機と受信機は一組のみであるが、送信機と受信機の複数の組が複数の周波数帯毎に周波数合成器３００に結合されていても良い。
【００３３】
図４は、一実施形態による電力増幅器（ＰＡ）集積回路の例を示すブロック図である。図４を参照すると、ＰＡ４００は、図３のＰＡ３０５であり得る。ＰＡ４００は、ドライバ段４０１、段間整合ネットワーク４０２、出力段４０３、及び出力整合ネットワーク４０４を含むことができる。段間整合ネットワーク４０２及び出力整合ネットワーク４０４は、ＰＡ４００の電力伝送を最大化するために、ドライバ段４０１と出力段４０３から見たインピーダンスを整合させることができる。例えば、段間整合ネットワーク４０２は、ＰＡ４００の入力ポートから出力段４０３への電力伝送を最大化するために、入力インピーダンスと出力インピーダンスを、ドライバ段４０１の出力ポートで見られるインピーダンスと出力段４０３の入力ポートで見られるインピーダンスにそれぞれ整合させることができる。出力整合ネットワーク４０４は、出力段４０３からＰＡ４００の出力ポートへの電力伝送を最大化するために、出力段４０３の出力ポートから見たインピーダンスを整合させることができる。最後に、出力整合ネットワーク４０４は、ＰＡ４００のシングルエンド出力ポートのためのシングルエンド（single-ended）変換との差異を提供することができる。
【００３４】
図４を参照すると、ドライバ段４０１及び出力段４０３は、ＰＡ４００の増幅段である。一実施形態では、ドライバ段４０１及び出力段４０３は、差動カスコード増幅段（differential cascode amplifier stages）である。差動増幅器は、２つの入力電圧の差を増幅するが、２つの入力に共通の電圧を抑制する増幅器である。差動増幅器は、近隣のコンポーネント及び電力供給からのノイズのようなコモンモードノイズ除去を提供する。カスコード増幅器は、コモンゲート（又はＢＪＴ用のコモンベース）段へのコモンソース（又はＢＪＴ用のコモンエミッタ）段供給を含む二段増幅器（例えば、ＦＥＴ又はＢＪＴ）である。単一段増幅器と比較すると、カスコード増幅器は、より高い入力出力絶縁（すなわち、入力ポートと出力ポートとの間の直接結合がないため、出力ポートから入力ポートへの逆伝送での漏れ（leakage）を低減する）、より高い入力インピーダンス、より高い出力インピーダンス、より高いゲイン、より高い帯域幅を有する。ここで、ドライバ段４０１及び出力段４０３は、大きな出力振幅、広い帯域幅を達成するための差動トポロジー（differential topology）及びカスコードトポロジー(cascode topology)と、高い出力電力とを組み合わせる増幅器を含む。
【００３５】
送信／受信スイッチ
ここで図５を参照すると、送信ＬTX９０３は、送信スイッチ９０１と送信ポート９０５との間に並列に結合することができる。同様に、受信インダクタＬRX９０４は、受信スイッチ９０２と受信ポート９０６との間に並列に結合することができる。
【００３６】
送信スイッチ９０１と受信スイッチ９０２は、送信スイッチの第１の極（pole）がオン／閉じられ、それによって出力段をアンテナに接続し、受信スイッチの第１の極がオフ又は開かれ、それによってアンテナからＬＮＡを接続解除するような、同期して動作するそれぞれ２つの極を有することができる。同時に、送信スイッチの第２の極はオフ／開かれ、受信スイッチの第２の極はオン／閉じられ、それによって入力をＬＮＡに接地する。
【００３７】
一実施形態では、図９に示されるように、送信及び受信スイッチ９０１、９０２の極は、１以上のMOSFETをそれぞれ備え、上記のように極を制御するためにＶctrl１３０１及び逆Ｖctrl１３０２により交互に同期される制御入力を有する。
【００３８】
有益なことに、ＬTX及びＬRXは、ＴＸ及びＲＸ経路で整合するインピーダンスを最適化するように形成することができる。アンテナ９０７での単一のインダクタよりむしろ個別のインダクタＬTX及びＬRXは、ＴＸ及びＲＸ経路で帯域幅と挿入損失を最適化するための付加的な設計自由度を提供する。したがって、一実施形態では、アンテナ９０７にインダクタが存在しないことに留意されたい。
【００３９】
共同設計されたＴ／Ｒスイッチ及びＰＡ出力整合段
有益なことに、インダクタが別個であるので、それらインダクタは、送信及び受信回路と別々に共同設計することができる。例えば、送信インダクタＬTXは、ＰＡ出力整合ネットワーク４０４と共同設計することができ、一方、ＬRXは、ＬＮＡ３０６と共同設計することができる。
【００４０】
さらに、ＰＡ出力整合ネットワークは、ＬＣ集中素子、トランス、又は伝送線ベースの分散コンポーネントを使用して実装することができる。チップ面積を低減するため、ＰＡ出力整合ネットワーク４０４は、２つの調整キャパシタを備えたトランスベースの整合ネットワークを使用し、単一のインダクタ実装面積のみを占有する。
【００４１】
広帯域出力整合ネットワークの集中モデル等価回路を図６に示す。ＰＡ出力整合ネットワーク４０４は、オンチップトランス５０１、デバイス寄生キャパシタＣdev、及び２つの追加のＭＯＭキャパシタＣp、Ｃsからなる。物理的なトランスは、磁化インダクタと漏れインダクタを備えた理想トランスによってモデル化され、その寄生キャパシタは、グランド（Ｃpar1、Ｃpar2）に分岐する（shunt）。ここで、ｋは磁気結合係数であり、ｎはターン無線(turn radio)であり、Ｌpは一次自己インダクタンスである。Ｒp及びＲsは、トランスの損失をモデル化する。
【００４２】
Ｔ／Ｒスイッチに関して、Ｒon９１１、９１４は、スイッチトランジスタのオン抵抗をモデル化し、Ｃoff９１３、９１３は、スイッチトランジスタのオフ容量をモデル化する。
【００４３】
瞬時の広い帯域幅を可能にするために、高次の受動ネットワークが形成される。したがって、共同設計された回路では、それぞれの回路要素の値は、低い挿入損失を維持しながら、動作帯域幅にわたってＰＡ出力段（Ｒopt）から見た最適な負荷インピーダンスを達成するように選択される。
【００４４】
ＰＡ出力段のゲインは、ｇｍ・｜Ｚ｜・Ｌｏｓｓとして定義され、ｇｍは、トランジスタの相互コンダクタンスであり、Ｚは、ＰＡ出力段に提示される負荷インピーダンスであり、Ｌｏｓｓは、出力整合ネットワークの受動損失である。広帯域整合の目的は、動作周波数全体で比較的一定の電力ゲインを達成することである。ｇｍは周波数に依存しないため、これは設計目標を変換し、広い帯域幅での比較的一定の｜Ｚ｜及びＬｏｓｓを達成する。さらに、ＰＡトランジスタは、最大の出力電力及び効率（ロードプル条件）を達成するために実数値のＺを必要とし、これは、動作周波数にわたって、Ｚの実数部がＲopt１０１０に近く、虚数部が０に近いことを意味している。
【００４５】
ＰＡ出力整合が最初にＴ／ＲＳＷからの影響を考慮せずに５０Ωのアンテナインピーダンス用に設計されている場合、その帯域内Ｚ変動及び損失変動は、システム統合においてＴ／ＲＳＷと一緒に組み立てた後に大きくなる。例えば、ＰＡ出力整合ネットワークそれ自体の損失変動は、Ｔ／ＲＳＷを追加しないと０．４ｄＢであり、図７のグラフｃに示すように、Ｔ／ＲＳＷとの統合後に１．８ｄＢに増加する。
【００４６】
実際に、図７のグラフａ〜ｃは、差動出力段及びシミュレートされた受動損失から見たシミュレートされた負荷インピーダンスを示す。このシミュレーションでは、ＰＡ出力整合ネットワークは、元々はＴ／ＲＳＷを考慮しないで５０Ωのアンテナインピーダンス用に設計されている。Ｔ／ＲＳＷを追加した後、帯域内インピーダンスの変動及び損失変動は大きくなる。
【００４７】
したがって、最初からＴ／Ｒスイッチの寄生キャパシタ（Ｃoff）を考慮し、共同設計回路を構築することによって、例えば、共同設計されたＴ／Ｒスイッチ及び出力整合回路を構築することによって、寄生キャパシタ（Ｃoff）を受動ネットワーク合成に吸収することが重要である。トランスのパラメータ（ｋ、ｎ及びＬp）、２つの調整キャパシタ（Ｃp及びＣs）、及びＴ／ＲスイッチＴＸ経路インダクタＬTXは、広帯域整合を達成するために共同設計される。
【００４８】
ここで図８を参照すると、差動出力段から見たシミュレートされた負荷インピーダンスと、Ｔ／ＲＳＷとＰＡ出力整合ネットワークを共同設計することによるシミュレートされた受動損失は、グラフａ〜ｃに示される。共同設計された出力整合回路とＴ／Ｒスイッチは、５０Ωに近い負荷インピーダンスの実数部と、０に近い負荷インピーダンスの虚数部とを有する。帯域内受動損失変動は０．８ｄＢである。
【００４９】
上述の明細書では、本発明の実施形態は、その特定の例示的な実施形態を参照するとて説明されてきた。以下の特許請求の範囲に記載されるように、本発明のより広い製品及び範囲から逸脱することなく、特定の例示的な実施形態に様々な修正を加えることができることは明らかであろう。したがって、明細書及び図面は、限定された意味ではなく例示的な意味で見なされるべきである。
【図１】
2021520763.tif 000003
【図２】
2021520763.tif 000004
【図３】
2021520763.tif 000005
【図４】
2021520763.tif 000006
【図５】
2021520763.tif 000007
【図６】
2021520763.tif 000008
【図７】
2021520763.tif 000009
【図８】
2021520763.tif 000010
【図９】
2021520763.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】令和2年10月23日(2020.10.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチを備え、
前記Ｔ／Ｒスイッチは、
送信ポートとアンテナポートとの間に送信スイッチと、
受信ポートと前記アンテナポートとの間に受信スイッチと、
前記送信スイッチと前記送信ポートとの間に並列に結合された送信インダクタと、
前記受信スイッチと前記受信ポートとの間に並列に結合された受信インダクタ と、
を含む、
無線通信のための無線周波数（ＲＦ）フロントエンド回路。
【請求項２】
前記整合ネットワーク回路の入力ポートと並列に結合された第１のキャパシタと、
前記第１のキャパシタに並列に結合された広帯域オンチップトランスと、
前記広帯域オンチップトランスと前記整合ネットワーク回路の出力ポートとの間に直列に結合された第２のキャパシタと、
を有する、電力増幅器（ＰＡ）出力整合ネットワークを更に含み、
前記整合ネットワーク回路の前記出力ポートは、前記Ｔ／Ｒスイッチの前記送信ポートに結合されている、
請求項１に記載のＲＦフロントエンド回路。
【請求項３】
前記整合回路の前記第１のキャパシタ、前記オンチップトランス、前記第２のキャパシタ、並びに、前記Ｔ／Ｒスイッチの前記送信インダクタ及び前記受信インダクタの組み合わせは、
前記ＰＡ出力整合ネットワークの前記入力ポートにおける最適抵抗ＲOPTと実質的に等しい前記電子回路の実数インピーダンスと、
０に実質的に等しい前記回路の虚数インピーダンスと、
低挿入損失と、
をもたらす、
請求項２に記載のＲＦフロントエンド回路。
【請求項４】
前記Ｔ／Ｒスイッチと前記ＰＡ出力整合ネットワークは共同設計された回路であり、前記第１及び第２のキャパシタ、前記送信インダクタ、及びトランスパラメータは、
アンテナの負荷インピーダンス、
前記送信スイッチのオン抵抗、及び
前記送信スイッチのオフ容量、
と整合する広帯域インピーダンスを有する、
請求項２に記載のＲＦフロントエンド回路。
【請求項５】
前記ＰＡ出力整合ネットワークと前記Ｔ／Ｒスイッチは、集積回路である、
請求項２に記載のＲＦフロントエンド回路。
【請求項６】
前記送信インダクタは、前記送信スイッチからの寄生容量を共振させるためのインダクタンスを有し、前記受信インダクタは、前記受信スイッチの寄生容量を共振させるためのインダクタンスを有する、
請求項１に記載のＲＦフロントエンド回路。
【請求項７】
前記送信スイッチは、前記送信ポートをアンテナに接続する「オン」状態と、前記アンテナから前記送信ポートを接続解除する「オフ」状態とを有する、
請求項１に記載のＲＦフロントエンド回路。
【請求項８】
前記受信スイッチは、前記受信ポートをアンテナに接続する「オン」状態と、前記アンテナから前記受信ポートを接続解除する「オフ」状態とを有する、
請求項１に記載のＲＦフロントエンド回路。
【請求項９】
前記送信及び受信スイッチはそれぞれ、１以上の電界効果トランジスタを含む、
請求項１に記載のＲＦフロントエンド回路。
【請求項１０】
前記送信及び受信スイッチはそれぞれ、２つの極を含み、
「オン」の状況で、
第１の極が閉じられ、前記アンテナポートにそれぞれのポートを接続し、
第２の極が開いて、共通帰線にそれぞれのポートを接続解除し、
「オフ」の状況で、
前記第１の極が開いて、前記アンテナポートから前記それぞれのポートを接続解除し、
前記第２の極が閉じられ、前記共通帰線に前記それぞれの線を接続する、
請求項１に記載のＲＦフロントエンド回路。
【請求項１１】
アンテナと、
前記アンテナに結合された請求項１〜１０の何れかに記載の無線周波数（ＲＦ）フロントエンド回路と、
前記ＲＦフロントエンド回路に結合されたベースバンドプロセッサと、
を備える、
携帯機器。
【国際調査報告】
2021520763.tif 000012