(57)【要約】【課題】多入力多出力型増幅器の入力端子や出力端子の数が増えた場合には、複雑なマトリックススイッチが必要となり、加えてモノリシックＩＣでこれを実現しようとすると、チップサイズが肥大化することになる。【解決手段】入力端子数をｍ、出力端子数をｎとすると、出力が共通にされたｍ個の増幅器（６１〜６ｍ）および前記増幅器（６１〜６ｍ）のいずれか１つの増幅器がオンとなるように選択するスイッチ（７）からなる単位増幅回路（５）をｎ個設け、前記ｎ個の単位増幅回路（５）のｍ個の増幅器（６１〜６ｍ）の入力をｍ個の信号入力端子（２１〜２ｍ）と並列に接続され、前記ｎ個の単位増幅回路（５）の前記スイッチ（７）を選択して前記ｍ個の増幅器（６１〜６ｍ）の出力へ出力信号を伝送する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｍ個（ｍは複数）の信号入力端子とｎ個（ｎは複数）の出力端子を有する多入力多出力型増幅装置であって、
出力が共通にされたｍ個の増幅器および前記増幅器のいずれか１つの増幅器がオンとなるように選択するスイッチからなる単位増幅回路をｎ個設け、
前記ｎ個の単位増幅回路のｍ個の増幅器の入力をｍ個の信号入力端子と並列に接続され、前記ｎ個の単位増幅回路の前記スイッチを選択して前記ｍ個の増幅器の出力へ出力信号を伝送する
多入力多出力型増幅装置。
【請求項２】
前記単位増幅回路は、ソースが共通にされた複数の電界効果型トランジスタからなる増幅器であり、前記複数の電界効果型トランジスタの各ゲートから入力信号を受け入れて、前記ソースには一端が接地された定電流源が接続され、前記電界効果型トランジスタのゲート電圧を高／低に切り替えることでオンにする増幅器を選択して前記複数の電界効果型トランジスタのドレインから信号を出力するよう構成した
請求項１に記載の多入力多出力型増幅装置。
【請求項３】
前記単位増幅回路は、ソースが共通にされた複数のカスコード接続型の電界効果型トランジスタからなる増幅器であり、前記ソースには一端が接地された定電流源が接続され、前記カスケード接続された電源に近い側の電界効果型トランジスタのゲート電圧を高／低に切り替えることでオンにする増幅器を選択して前記カスコード接続型の電界効果型トランジスタのドレインから信号を出力するよう構成した
請求項１に記載の多入力多出力型増幅装置。
【請求項４】
カスコード接続型の電界効果型トランジスタをデュアルゲートトランジスタに置き換えた
請求項３に記載の多入力多出力型増幅装置。
【請求項５】
前記定電流源を抵抗で構成した
請求項２または請求項３に記載の多入力多出力型増幅装置。
【請求項６】
前記定電流源を、ソースとゲートが同電位となるように接続されている電界効果型トランジスタで構成した
請求項２または請求項３に記載の多入力多出力型増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特にデジタルＤＢＳコンバータや移動体無線通信機器などの受信部に用いられる多入力多出力型増幅装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
デジタルＤＢＳ用コンバータでは、水平偏波と垂直偏波の２種類の異なる信号を受信するために受信回路は２系統で構成されているが、近年ライフスタイルの多様化とともに、屋内ユニットを２つ接続するという必要性が生じ、それぞれの屋内ユニットで異なる偏波の信号を受けるために、２入力２出力に対応するデバイスが必要となっている。
【０００３】
それ以外にも、例えば、移動体無線通信の分野では多様なシステムに対応するためのマルチバンド化が進んでおり、今後、ますます多入力多出力型のデバイスが必要とされる。
【０００４】
以下、従来の多入力多出力型増幅装置について、図面を参照しながら説明する。ここでは２入力２出力の場合を例に挙げて説明する。
図４は、従来の２入力２出力型増幅装置を示し、２入力２出力マトリックススイッチ１の入力側に、信号入力端子２ａ，２ｂが、出力側には増幅器３ａ，３ｂが接続され、各増幅器３ａ，３ｂの出力に信号出力端子４ａ，４ｂが接続されている。
【０００５】
次に従来の２入力２出力型増幅装置の動作について説明する。
２入力２出力型の場合には、信号の経路としては下記の６種類の状態が存在することになる。すなわち、
▲１▼　信号入力端子２ａから信号出力端子４ａへ信号を出力し、信号入力端子２ｂから信号出力端子４ｂへ信号を出力する状態
▲２▼　信号入力端子２ａから信号出力端子４ｂへ信号を出力し、信号入力端子２ｂから信号出力端子４ａへ信号を出力する状態
▲３▼　信号入力端子２ａから信号出力端子４ａ，４ｂへ信号を出力する状態
▲４▼　信号入力端子２ｂから信号出力端子４ａ，４ｂへ信号を出力する状態
▲５▼　信号出力端子４ａへ信号入力端子２ａ，２ｂから信号を出力する状態
▲６▼　信号出力端子４ｂへ信号入力端子２ａ，２ｂから信号を出力する状態
使用される用途にもよるが、実際には、▲５▼と▲６▼の状態は使われることはなく、▲１▼から▲４▼までの４種類である。
【０００６】
それぞれの状態は、２入力２出力マトリックススイッチ１を外部から制御することによって実現している。入ってくる信号は通常微弱であるため、マトリックスイッチ１で分岐したあとに増幅器３ａ，３ｂにより増幅される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の多入力多出力型増幅装置は、２入力２出力の場合には、マトリックススイッチ１と増幅器３ａ，３ｂの組み合わせによって構成され、回路構成的にはシンプルに見えるが、入力端子や出力端子の数が増えていった場合には、より複雑なマトリックススイッチが必要となり、モノリシックＩＣでこれを実現しようとすると、チップサイズが肥大化することになる。
【０００８】
通常、マトリックススイッチや増幅器は、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）を用いて構成されるが、２入力２出力型増幅器の場合は、マトリックススイッチとして最低４つ、増幅器として２つの計６個のＦＥＴが必要となる。
【０００９】
本発明は、簡単な回路構成で容易に入出力の端子数を拡張でき、かつチップサイズを小さくできる多入力多出力型増幅装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の多入力多出力型増幅装置は、ｍ個（ｍは複数）の信号入力端子とｎ個（ｎは複数）の出力端子を有する多入力多出力型増幅装置であって、出力が共通にされたｍ個の増幅器および前記増幅器のいずれか１つの増幅器がオンとなるように選択するスイッチからなる単位増幅回路をｎ個設け、前記ｎ個の単位増幅回路のｍ個の増幅器の入力をｍ個の信号入力端子と並列に接続され、前記ｎ個の単位増幅回路の前記スイッチを選択して前記ｍ個の増幅器の出力へ出力信号を伝送することを特徴とする。
【００１１】
この構成によると、単位増幅回路内の増幅器を増やすことで入力端子数を、並列接続にする単位増幅回路を増やすことで出力端子数を、容易に拡張することができる。また、経路の切り替えは、増幅器をオン／オフさせることで行うため、複雑なマトリックススイッチをＩＣ化させる必要はなく、増幅装置全体をモノリシックＩＣ化した場合のＩＣの回路規模も大きくならずに済む。例えば、２入力２出力型増幅装置の場合は、最低４つのトランジスタで構成することができる。
【００１２】
本発明の請求項２記載の多入力多出力型増幅装置は、請求項１において、前記単位増幅回路は、ソースが共通にされた複数の電界効果型トランジスタからなる増幅器であり、前記複数の電界効果型トランジスタの各ゲートから入力信号を受け入れて、前記ソースには一端が接地された定電流源が接続され、前記電界効果型トランジスタのゲート電圧を高／低に切り替えることでオンにする増幅器を選択して前記複数の電界効果型トランジスタのドレインから信号を出力するよう構成したことを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項３記載の多入力多出力型増幅装置は、請求項１において、前記単位増幅回路は、ソースが共通にされた複数のカスコード接続型の電界効果型トランジスタからなる増幅器であり、前記ソースには一端が接地された定電流源が接続され、前記カスケード接続された電源に近い側の電界効果型トランジスタのゲート電圧を高／低に切り替えることでオンにする増幅器を選択して前記カスコード接続型の電界効果型トランジスタのドレインから信号を出力するよう構成したことを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項４記載の多入力多出力型増幅装置は、請求項３において、カスコード接続型の電界効果型トランジスタをデュアルゲートトランジスタに置き換えたことを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項５記載の多入力多出力型増幅装置は、請求項２または請求項３において、前記定電流源を抵抗で構成したことを特徴とする。
本発明の請求項６記載の多入力多出力型増幅装置は、請求項２または請求項３において、前記定電流源を、ソースとゲートが同電位となるように接続されている電界効果型トランジスタで構成したことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の（実施の形態１）における多入力多出力型増幅装置を示す。
【００１７】
ここでは入力端子数をｍ、出力端子数をｎとする。
単位増幅回路５１は、ｍ個の増幅器６１，６２，６３，・・・，６ｍとそのうちひとつだけがオンになるように選択するスイッチ７とから構成されており、増幅器増幅器６１〜６ｍの出力は共通に接続されている。従って、単位増幅回路５１の入力端子数はｍ、出力端子数は１である。
【００１８】
入力端子数ｍで出力端子数をｎまで拡張するために、この実施の形態では、単位増幅回路５１と同じ構成の（ｎ−１）個の単位増幅回路５２〜５ｎを設け、単位増幅回路５１〜５ｎの各増幅器６１の入力を互いに接続して信号入力端子２１に接続し、単位増幅回路５１〜５ｎの各増幅器６２の入力を互いに接続して信号入力端子２２に接続し、信号入力端子２３〜２ｎについても以下同様に接続し、単位増幅回路５１〜５ｎの各出力を信号出力端子４１〜４ｎとしている。
【００１９】
動作に基づいて上記の構成を更に詳しく説明する。
スイッチ７により、単位増幅回路５１〜５ｎ内の増幅器６１〜６ｍのいずれか一つがオンとなるようにセットする。このとき、異なる単位増幅回路に対して、オンとなる増幅器は何番目でも構わない。
【００２０】
すなわち、単位増幅回路５１〜５ｎの内部のスイッチ７は、それぞれ独立したものである。信号入力端子２１〜２ｍから入った信号は、各単位増幅回路５１〜５ｎへ分岐され、オンとなっている増幅器を通った信号のみが信号出力端子４１〜４ｎへと出力される。
【００２１】
このように構成することによって、設計仕様に応じて入力端子、出力端子の数を自由に設定することができる。また、図４に示した従来の多入力多出力型増幅装置では、信号が通らなくても増幅器で電力を消費することになるが、この実施の形態では信号が通らない増幅器はオフであり、電力を消費しないため、全体の消費電力を低減できるという効果もある。
【００２２】
（実施の形態２）
図２は本発明の（実施の形態２）における多入力多出力型増幅装置を示す。
ここでは具体的な例として、入力端子数を２、出力端子数を２とした場合の回路について示す。
【００２３】
単位増幅回路８ａ，８ｂは同一の構成で、電界効果型のトランジスタ９ａ，９ｂで構成されている。
まず、単位増幅回路８ａを説明する。
【００２４】
トランジスタ９ａ，９ｂのドレインは互いに接続してインダクタ１１を介して電源電圧Ｖｄｄに接続されている。トランジスタ９ａ，９ｂのソースは互いに接続して定電流源１０を介して基準電位ＧＮＤに接続されている。定電流源１０は例えば、ソースとゲートが同電位となるように接続されている電界効果型トランジスタで構成できる。抵抗器で定電流源１０を構成することもできる。
【００２５】
トランジスタ９ａのゲートは、制御端子Ｖｃｏｎｔ１と基準電位ＧＮＤとの間に印加された電圧を抵抗器１３ａ，１３ｂによって分圧した電圧が印加され、また、キャパシタ１４１を介して第１の信号入力端子２ａに接続されている。
【００２６】
トランジスタ９ｂのゲートは、電源電圧Ｖｄｄと基準電位ＧＮＤとの間に印加された電圧を抵抗器１３ｃ，１３ｄによって分圧した電圧が印加され、また、キャパシタ１４２を介して第２の信号入力端子２ｂに接続されている。
【００２７】
さらに、トランジスタ９ｂのドレインはキャパシタ１２を介して第１の信号出力端子４ａに接続されている。
この単位増幅回路８ａに対して単位増幅回路８ｂは、トランジスタ９ａのゲートは、制御端子Ｖｃｏｎｔ２と基準電位ＧＮＤとの間に印加された電圧を抵抗器１３ａ，１３ｂによって分圧した電圧が印加され、トランジスタ９ｂのゲートは、電源電圧Ｖｄｄと基準電位ＧＮＤとの間に印加された電圧を抵抗器１３ｃ，１３ｄによって分圧した電圧が印加され、単位増幅回路８ｂのトランジスタ９ａのゲートがキャパシタ１４１を介して第１の信号入力端子２ａに接続され、単位増幅回路８ｂのトランジスタ９ｂのゲートがキャパシタ１４２を介して第２の信号入力端子２ｂに接続され、単位増幅回路８ｂのトランジスタ９ｂのドレインがキャパシタ１２を介して第２の信号出力端子４ｂに接続されている。
【００２８】
次に、（実施の形態２）における多入力多出力型増幅装置の動作について説明する。
電源電圧Ｖｄｄには一定電圧（例：３ボルト）を与えておき、定電流源１０により回路に流れる電流の大きさを決める。
【００２９】
切り替えは制御端子Ｖｃｏｎｔ１、制御端子Ｖｃｏｎｔ２に与える電圧の大きさにより行う。具体的には、信号入力端子２ａと信号出力端子４ａの間に信号を通すときはＶｃｏｎｔ１をハイレベル（例：３ボルト）に、信号入力端子２ｂと信号出力端子４ａの間に信号を通すときはＶｃｏｎｔ１をローレベル（例：０ボルト）とする。
【００３０】
同じように、信号入力端子２ａと信号出力端子４ｂの間に信号を通すときはＶｃｏｎｔ２をハイレベルに、信号入力端子２ｂと信号出力端子４ｂの間に信号を通すときはＶｃｏｎｔ２をローレベルとする。
【００３１】
抵抗１３ａ〜１３ｄの値は、Ｖｃｏｎｔ１がハイレベルのときはトランジスタ９ｂ側のゲートとソースの間の電位差Ｖｇｓがトランジスタのしきい値電圧以下（例：−１ボルト）に、Ｖｃｏｎｔ１がローレベルのときはトランジスタ９ａ側のゲートとソースの間の電位差Ｖｇｓがトランジスタのしきい値電圧以下になるように設定している。
【００３２】
このように構成することにより、２入力２出力型増幅装置が、トランジスタ４つ、制御端子２つという構成で実現できる。なお、入力端子数を増やすには単位増幅回路８ａのソースを共通にしたトランジスタを増やし、出力端子数を増やすには、単位増幅回路８ａを並列に接続していくことで対応可能である。
【００３３】
また、一般的には単位増幅回路８ａ，８ｂ、もしくはトランジスタ９ａ，９ｂは同じ特性のものを用いるが、経路間で特性を異ならせたい場合、意図的にこれらの特性を変えたとしても問題なく動作する。
【００３４】
（実施の形態３）
図３は本発明の（実施の形態３）における多入力多出力型増幅装置を示す。
ここでは具体的な例として、入力端子数を２、出力端子数を２とした場合の回路について示す。
【００３５】
（実施の形態３）における多入力多出力型増幅装置は、図２に記載した（実施の形態２）における単位増幅回路８ａ，８ｂが単位増幅回路１９ａ，１９ｂに相当し、図２に記載した（実施の形態２）における多入力多出力型増幅装置のトランジスタ９ａをトランジスタ１５ａとトランジスタ１５ｂ、トランジスタ９ｂをトランジスタ１５ｃとトランジスタ１５ｄのカスコード接続となるよう、また、定電流源１０を抵抗器１６とキャパシタ１７の並列接続の形に置き換えたもので、トランジスタ１５ａのソースとトランジスタ１５ｃのソースとを互いに接続して、これを抵抗１６とキャパシタ１７の並列回路を介して接地している。定電流源１０は例えば、ソースとゲートが同電位となるように接続されている電界効果型トランジスタで構成することもできる。
【００３６】
トランジスタ１５ｂのドレインとトランジスタ１５ｄのドレインとを互いに接続して、これをインダクタ１１を介して電源電圧Ｖｄｄに接続している。
単位増幅回路１９ａは次のように構成されている。
【００３７】
トランジスタ１５ｂのゲートには、制御端子Ｖｃｏｎｔ１と基準電位ＧＮＤとの間に印加された電圧を抵抗器１３ａ，１３ｂによって分圧した電圧が印加されている。
【００３８】
トランジスタ１５ａのゲートは、抵抗器１８ａを介して接地され、また、キャパシタ１４１を介して第１の信号入力端子２ａに接続されている。
トランジスタ１５ｄのゲートには、制御端子Ｖｃｏｎｔ３と基準電位ＧＮＤとの間に印加された電圧を抵抗器１３ｃ，１３ｄによって分圧した電圧が印加されている。
【００３９】
トランジスタ１５ｃのゲートは、抵抗器１８ｂを介して接地され、また、キャパシタ１４２を介して第２の信号入力端子２ｂに接続されている。
第１の信号出力端子４ａはキャパシタ１２を介してトランジスタ１５ｂ，１５ｄのドレインに接続されている。
【００４０】
この単位増幅回路１９ａに対して単位増幅回路１９ｂは、トランジスタ１５ｂのゲートには、制御端子Ｖｃｏｎｔ２と基準電位ＧＮＤとの間に印加された電圧を抵抗器１３ａ，１３ｂによって分圧した電圧が印加されている。単位増幅回路１９ｂのトランジスタ１５ａのゲートは、抵抗器１８ａを介して接地され、また、キャパシタ１４１を介して第１の信号入力端子２ａに接続されている。
【００４１】
単位増幅回路１９ｂのトランジスタ１５ｄのゲートには、制御端子Ｖｃｏｎｔ４と基準電位ＧＮＤとの間に印加された電圧を抵抗器１３ｃ，１３ｄによって分圧した電圧が印加されている。
【００４２】
単位増幅回路１９ｂのトランジスタ１５ｃのゲートは、抵抗器１８ｂを介して接地され、また、キャパシタ１４２を介して第２の信号入力端子２ｂに接続されている。
【００４３】
第２の信号出力端子４ｂはキャパシタ１２を介してトランジスタ１５ｂ，１５ｄのドレインに接続されている。
次に、（実施の形態３）における多入力多出力型増幅装置の動作について説明する。
【００４４】
基本的な動作は（実施の形態２）に記載したものと同じである。電源電圧Ｖｄｄには一定電圧（例：３ボルト）を与えておき、抵抗器１６により回路に流れる電流の大きさを決める。信号経路の切り替えは、制御端子Ｖｃｏｎｔ１，Ｖｃｏｎｔ２　，Ｖｃｏｎｔ３，Ｖｃｏｎｔ４に与える電圧の大きさにより行う。
【００４５】
本実施例では、第１の信号入力端子２ａと第１の信号出力端子４ａの間に信号を通すときは、制御端子Ｖｃｏｎｔ１をハイレベル（例：３ボルト）、制御端子Ｖｃｏｎｔ３をローレベル（例：０ボルト）に、第２の信号入力端子２ｂと第１の信号出力端子４ａの間に信号を通すときは制御端子Ｖｃｏｎｔ１をローレベル、制御端子Ｖｃｏｎｔ３をハイレベルとする。
【００４６】
同じように、第１の信号入力端子２ａと第２の信号出力端子４ｂの間に信号を通すときは、制御端子Ｖｃｏｎｔ２をハイレベル、制御端子Ｖｃｏｎｔ４をローレベルに、信号入力端子２ｂと信号出力端子４ｂの間に信号を通すときは制御端子Ｖｃｏｎｔ２をローレベル、制御端子Ｖｃｏｎｔ４をハイレベルとする。抵抗１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄの値は、制御端子Ｖｃｏｎｔ１がハイレベルで制御端子Ｖｃｏｎｔ３がローレベルのときはトランジスタ１５ｄ側のゲートとソースの間の電位差Ｖｇｓがトランジスタのしきい値電圧以下（例：−１ボルト）に、制御端子Ｖｃｏｎｔ１がローレベルで制御端子Ｖｃｏｎｔ３がハイレベルのときはときはトランジスタ１５ｂ側のゲートとソースの間の電位差Ｖｇｓがトランジスタのしきい値電圧以下になるように設定している。
【００４７】
この（実施の形態３）の構成によると、２入力２出力型増幅装置がトランジスタ８つ、制御端子４つという構成で実現できる。なお、入力端子数を増やすには、（実施の形態２）と同様に、単位増幅回路１９ａのソースを共通にしたトランジスタを増やし、出力端子数を増やすには、単位増幅回路１９ａを並列に接続していくことで対応可能である。
【００４８】
なお、本実施例ではトランジスタをカスコード接続にして用いているが、この部分をデュアルゲートトランジスタに置き換えて構成しても同じような効果が得られる。この場合は、トランジスタの部分のチップサイズを半分近くにまで小さくできるという効果もある。
【００４９】
【発明の効果】
以上のように本発明によると、出力が共通にされたｍ個の増幅器および前記増幅器のいずれか１つの増幅器がオンとなるように選択するスイッチからなる単位増幅回路をｎ個設け、前記ｎ個の単位増幅回路のｍ個の増幅器の入力をｍ個の信号入力端子と並列に接続され、前記ｎ個の単位増幅回路の前記スイッチを選択して前記ｍ個の増幅器の出力へ出力信号を伝送するように構成したため、この単位増幅回路内の増幅器を増やすことで入力端子数を、並列接続にする単位増幅回路を増やすことで出力端子数を、容易に拡張可能な多入力多出力型増幅装置を実現できる。また、経路の切り替えは、増幅器をオン／オフさせることで行うため、複雑なマトリックススイッチをＩＣ化させる必要はなく、増幅装置全体をモノリシックＩＣ化した場合のＩＣの回路規模も大きくならずに済むものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の（実施の形態１）における多入力多出力型増幅装置の回路図
【図２】本発明の（実施の形態２）における２入力２出力型増幅装置の回路図
【図３】本発明の（実施の形態３）における２入力２出力型増幅装置の回路図
【図４】従来の多入力多出力型増幅装置の回路図
【符号の説明】
２ａ，２ｂ，２１〜２ｍ　　信号入力端子
４ａ，４ｂ，４１〜４ｎ　　信号出力端子
５１〜５ｎ　　単位増幅回路
６１〜６ｍ　　増幅器
７　　スイッチ
８ａ，８ｂ，１９ａ，１９ｂ　　単位増幅回路
９ａ，９ｂ，１５ａ，１５ｂ，１５，１５ｄ　　電界効果型トランジスタ
１０　　定電流源
１１　　インダクタ
１２，１４１，１４２，１７　　キャパシタ
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１６，１８ａ，１８ｂ　　抵抗器
Ｖｃｏｎｔ１，Ｖｃｏｎｔ２，Ｖｃｏｎｔ３，Ｖｃｏｎｔ４　　制御端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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