(57)【要約】  【課題】  ＲＦスイッチを不要とすることができる無線送信用増幅回路等を提供する。  【解決手段】  無線通信装置１は、アンテナ２と、ＲＦフィルタ３と、送受信用整合回路４と、送信用結合コンデンサ５と、受信用結合コンデンサ６と、無線送受信回路７とを具備する。無線送受信回路７は、送信系回路８と、受信系回路９とを具備する。送信系回路８は、変調回路１１と、パワーアンプ１２と、送信用インピーダンス変換回路１３とを具備する。受信系回路９は、受信用インピーダンス変換回路２１と、ローノイズアンプ２２と、復調回路２３とを具備する。パワーアンプ１２は、送信制御信号がローレベルの場合、電力の供給を受け、変調回路１１の出力信号を増幅した送信信号を送信用インピーダンス変換回路１３に出力し、送信制御信号がハイレベルの場合、増幅動作を行わない。【選択図】  図１
2007028459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線送信に用いられる無線送信用増幅回路であって、
送信時において、入力信号を増幅し、増幅して得られた送信信号を出力し、非送信時において、増幅を行わないこと
を特徴とする、無線送信用増幅回路。
【請求項２】
パワーアンプであることを特徴とする、請求項１記載の無線送信用増幅回路。
【請求項３】
送信時において活性化され非送信時において非活性化される送信制御信号に応じて動作し、前記送信制御信号が活性化されている場合に、電力の供給を受け、前記送信制御信号が非活性化されている場合に、電力の供給が遮断される、請求項１又は２記載の無線送信用増幅回路。
【請求項４】
ドレイン又はソースが高電位側の電源電位に接続され、ゲートに前記送信制御信号が入力される第１のトランジスタと、
一端が前記第１のトランジスタのソース又はドレインに接続されたインダクタと、
ドレイン又はソースが前記インダクタの他端に接続され、ソース又はドレインが低電位側の電源電位に接続され、ゲートに前記入力信号が入力される第２のトランジスタと、
を具備し、
前記インダクタと前記第２のトランジスタの接続点から前記送信信号を出力する、請求項３記載の無線送信用増幅回路。
【請求項５】
非送信時において、前記入力信号のバイアス成分がカットされ、前記インダクタと前記第２のトランジスタの接続点がハイインピーダンス状態になることを特徴とする、請求項４記載の無線送信用増幅回路。
【請求項６】
前記送信信号を外部に出力する請求項１〜５のいずれか１項に記載の無線送信用増幅回路と、
外部から入力される受信信号を増幅する無線受信用増幅回路と、
を具備する、無線送受信回路。
【請求項７】
前記無線受信用増幅回路がローノイズアンプであることを特徴とする、請求項６記載の無線送受信回路。
【請求項８】
請求項６又は７記載の無線送受信回路を具備する、半導体集積回路。
【請求項９】
前記無線送信用増幅回路の出力端子に接続され、前記無線送信用増幅回路の出力インピーダンスの値を所定の値に変換するための送信用インピーダンス変換回路と、
前記無線受信用増幅回路の入力端子に接続され、前記無線受信用増幅回路の入力インピーダンスの値を前記値に変換するための受信用インピーダンス変換回路と、
を更に具備する、請求項８記載の半導体集積回路。
【請求項１０】
前記送信用インピーダンス変換回路及び／又は前記受信用インピーダンス変換回路が、パッド、リード、及び／又は、ワイヤを用いて構成されている、請求項９記載の半導体集積回路。
【請求項１１】
請求項８〜１０のいずれか１項に記載の半導体集積回路と、
一端が前記送信用インピーダンス変換回路に接続された送信用結合キャパシタと、
一端が前記受信用インピーダンス変換回路に接続された受信用結合キャパシタと、
前記送信用及び受信用結合キャパシタの他端に接続されたアンテナと、
を具備する、無線通信装置。
【請求項１２】
前記アンテナと前記送信用及び受信用結合キャパシタの他端との間に接続されたフィルタ回路を更に具備する、請求項１１記載の無線通信装置。
【請求項１３】
前記フィルタ回路と前記第１及び第２の結合キャパシタの他端との間に接続されたインピーダンス整合回路を更に具備する、請求項１２記載の無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線送信用増幅回路、無線送受信回路、半導体集積回路、及び、無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、無線通信装置において、時分割複信（ＴＤＤ：time division duplex）方式が用いられている。このようなＴＤＤ方式を用いた従来の無線通信装置について、図面を参照しながら説明する。
【０００３】
図３は、従来の無線通信装置の構成を示すブロック図である。図３に示すように、この無線通信装置３１は、アンテナ３２と、ＲＦ（radio frequency）フィルタ３３と、ＲＦスイッチ３４と、送信用整合回路３５と、受信用整合回路３６と、送信系回路３７と、受信系回路３８とを具備する。
【０００４】
ＲＦフィルタ３３は、アンテナ３２に接続されており、ＲＦスイッチ３４は、送信時において、ＲＦフィルタ３３と送信用整合回路３５との間を接続し、受信時において、ＲＦフィルタ３３と受信用整合回路３６との間を接続する。送信用整合回路３５は、送信系回路３７にも接続されており、送信系回路３７とＲＦフィルタ３３との間のインピーダンス整合を行う。受信用整合回路３６は、受信系回路３８にも接続されており、受信系回路３８とＲＦフィルタ３３との間のインピーダンス整合を行う。
【０００５】
送信系回路３２は、変調回路４１と、パワーアンプ４２とを具備する。変調回路４１は、外部から供給される送信データを変調してパワーアンプ４２に出力し、パワーアンプ４２は、変調回路４１の出力信号（ＲＦ信号）を増幅した送信信号を送信用整合回路３５に出力する。送信信号は、送信用整合回路３５〜ＲＦスイッチ３４〜ＲＦフィルタ３３を経由してアンテナ３２に伝達され、アンテナ３２から電波が送信される。
【０００６】
受信系回路３８は、ローノイズアンプ５１と、復調回路５２とを具備する。ローノイズアンプ５１には、アンテナ３２によって受信された電波に基づく受信信号がＲＦフィルタ３３〜ＲＦスイッチ３４〜受信用整合回路３６を経由して供給される。ローノイズアンプ５１は、受信信号を増幅して、復調回路５２に出力する。復調回路５２は、ローノイズアンプ５１の出力信号を復調した受信データを外部回路に出力する。
【０００７】
図４は、パワーアンプ４２の回路構成を示す図である。図４に示すように、パワーアンプ４２は、一端が高電位側の電源電位（ここでは、ＶＤＤ）に接続されたコイルＬ１１と、ドレイン〜ソース経路がコイルＬ１１の他端と低電位側の電源電位（ここでは、接地電位ＶＳＳ）との間に接続されたＮチャネルトランジスタＱＮ１１とを具備する。
【０００８】
トランジスタＱＮ１１のゲートには、変調回路４１の出力信号（ＲＦ信号）が供給される。変調回路４１の出力信号（ＲＦ信号）を増幅した送信信号が、コイルＬ１１とトランジスタＱＮ１１の接続点から送信用整合回路３５に出力される。
【０００９】
このように、無線通信装置３１においては、アンテナ３２を送信時及び受信時の両時に使用するため、ＲＦスイッチ３４を必要とする。また、送信用整合回路３５及び受信用整合回路３６の２個の整合回路を必要とする。そのため、部品数が多くなり、消費電力の増加、コストの増大を招いていた。
【００１０】
関連する技術として、下記の特許文献１には、入力された送信信号を増幅して出力する送信用増幅器と、入力された受信信号を増幅して出力する受信用増幅器と、送信信号を所定の特性インピーダンスを有する配線を介してアンテナに出力すると共に受信信号をアンテナから配線を介して入力するためのアンテナ側入出力端子を有し、送信用増幅器から出力された送信信号が整合回路を介することなく入力され、入力された送信信号をアンテナ側入出力端子に出力する第１の接続状態とアンテナ側入出力端子から入力された受信信号を受信用増幅器に出力する第２の接続状態との切替えを行なう切替えスイッチと、切替えスイッチと受信用増幅器との間に接続され、受信用増幅器の入力インピーダンスと送信用増幅器の出力インピーダンスとの整合をとる受信側整合回路と、配線と切替えスイッチとの間に接続され、配線の特性インピーダンスと送信用増幅器の出力インピーダンスとの整合をとるアンテナ側整合回路とを備えていることを特徴とする通信用無線機の送受信回路が掲載されている。
【００１１】
この通信用無線機の送受信回路によれば、送信用増幅器と切替えスイッチとの間の整合回路は不要となり、整合回路を１個で済ませることができる。しかしながら、切替えスイッチは依然として必要である。
【００１２】
【特許文献１】特開平８−３０７３０５号公報（第１頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、ＲＦスイッチを不要とすることができる無線送信用増幅回路を提供することを第１の目的とする。また、本発明は、そのような無線送信用増幅回路を具備する無線送受信回路を提供することを第２の目的とする。また、本発明は、そのような無線送受信回路を具備する半導体集積回路を提供することを第３の目的とする。また、本発明は、そのような半導体集積回路を具備する無線通信装置を提供することを第４の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
以上の課題を解決するため、本発明に係る無線送信用増幅回路は、無線送信に用いられる無線送信用増幅回路であって、送信時において、入力信号を増幅し、増幅して得られた送信信号を出力し、非送信時において、増幅を行わないことを特徴とする。
【００１５】
この無線送信用増幅回路が、パワーアンプであることとしても良い。
【００１６】
また、送信時において活性化され非送信時において非活性化される送信制御信号に応じて動作し、送信制御信号が活性化されている場合に、電力の供給を受け、送信制御信号が非活性化されている場合に、電力の供給が遮断されるようにしても良い。
【００１７】
また、ドレイン又はソースが高電位側の電源電位に接続され、ゲートに送信制御信号が入力される第１のトランジスタと、一端が第１のトランジスタのソース又はドレインに接続されたインダクタと、ドレイン又はソースがインダクタの他端に接続され、ソース又はドレインが低電位側の電源電位に接続され、ゲートに入力信号が入力される第２のトランジスタと、を具備し、インダクタと第２のトランジスタの接続点から送信信号を出力するようにしても良い。
【００１８】
また、非送信時において、入力信号のバイアス成分がカットされ、インダクタと第２のトランジスタの接続点がハイインピーダンス状態になるようにしても良い。
【００１９】
また、本発明に係る無線送受信回路は、送信信号を外部に出力する本発明に係る無線送信用増幅回路と、外部から入力される受信信号を増幅する無線受信用増幅回路とを具備する。
【００２０】
この無線送受信回路において、無線受信用増幅回路がローノイズアンプであることとしても良い。
【００２１】
また、本発明に係る半導体集積回路は、本発明に係る無線送受信回路を具備する。
【００２２】
この半導体集積回路において、無線送信用増幅回路の出力端子に接続され、無線送信用増幅回路の出力インピーダンスの値を所定の値に変換するための送信用インピーダンス変換回路と、無線受信用増幅回路の入力端子に接続され、無線受信用増幅回路の入力インピーダンスの値を値に変換するための受信用インピーダンス変換回路とを更に具備するようにしても良い。
【００２３】
また、送信用インピーダンス変換回路及び／又は受信用インピーダンス変換回路が、パッド、リード、及び／又は、ワイヤを用いて構成されているようにしても良い。
【００２４】
また、本発明に係る無線通信装置は、本発明に係る半導体集積回路と、一端が送信用インピーダンス変換回路に接続された送信用結合キャパシタと、一端が受信用インピーダンス変換回路に接続された受信用結合キャパシタと、送信用及び受信用結合キャパシタの他端に接続されたアンテナとを具備する。
【００２５】
この無線通信装置において、アンテナと送信用及び受信用結合キャパシタの他端との間に接続されたフィルタ回路を更に具備するようにしても良い。
【００２６】
また、フィルタ回路と送信用及び受信用結合キャパシタの他端との間に接続されたインピーダンス整合回路を更に具備するようにしても良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、説明を省略する。
【００２８】
図１は、本発明の一実施形態に係る無線通信装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、この無線通信装置１は、アンテナ２と、ＲＦ（radio frequency）フィルタ３と、送受信用整合回路４と、送信用結合コンデンサ５と、受信用結合コンデンサ６と、無線送受信回路７とを具備する。無線送受信回路７は、送信系回路８と、受信系回路９とを具備する。
【００２９】
ＲＦフィルタ３の一端は、アンテナ２に接続されている。ＲＦフィルタ３としては、一般に、バンドパスフィルタが用いられる。
【００３０】
送受信用整合回路４の一端は、ＲＦフィルタ３の他端に接続されている。送受信用整合回路４は、送信時及び受信時の両時に用いられるインピーダンス整合回路であり、送信時においては、ＲＦフィルタ３と送信系回路８との間のインピーダンス整合を行い、受信時においては、ＲＦフィルタ３と受信系回路９との間のインピーダンス整合を行う。送受信用整合回路４としては、例えば、コイルとコンデンサを用いて構成されるＬＣ回路等を利用することができる。
【００３１】
送信用結合コンデンサ５は、送信系回路８と送受信用整合回路４との間に接続されており、送信系回路８と送受信用整合回路４との間の信号の交流成分のみを通過させ、直流成分（バイアス成分）をカットする。
【００３２】
受信用結合コンデンサ６は、受信系回路９と送受信用整合回路４との間に接続されており、受信系回路９と送受信用整合回路４との間の信号の交流成分のみを通過させ、直流成分（バイアス成分）をカットする。
【００３３】
送信系回路８は、変調回路１１と、パワーアンプ１２と、送信用インピーダンス変換回路１３とを具備する。変調回路１１は、外部から供給される送信データを変調してパワーアンプ１２に出力する。パワーアンプ１２は、外部から供給される送信制御信号に従って動作し、変調回路１１の出力信号（ＲＦ信号）を増幅した送信信号を送信用インピーダンス変換回路１３に出力する。
【００３４】
図２は、パワーアンプ１２の回路構成を示す図である。図２に示すように、パワーアンプ１２は、ソースが高電位側の電源電位（ここでは、ＶＤＤ）に接続されたＰチャネルトランジスタＱＰ１と、一端がトランジスタＱＰ１のドレインに接続されたコイルＬ１と、ドレイン〜ソース経路がコイルＬ１の他端と低電位側の電源電位（ここでは、接地電位ＶＳＳ）との間に接続されたＮチャネルトランジスタＱＮ１とを具備する。トランジスタＱＰ１のゲートには、送信時に活性化され（ここでは、ローレベルにされ）、非送信時に非活性化され（ここでは、ハイレベルにされ）る送信制御信号が供給される。また、トランジスタＱＮ１のゲートには、変調回路１１の出力信号（ＲＦ信号）が供給される。
【００３５】
パワーアンプ１２と先に説明した従来のパワーアンプ４２（図４参照）とを比較すると、パワーアンプ１２内のトランジスタＱＮ１及びコイルＬ１は、パワーアンプ４２内のトランジスタＱＮ１１及びコイルＬ１１にそれぞれ対応する。そして、パワーアンプ１２は、トランジスタＱＰ１を更に具備している点で、パワーアンプ４２と異なっている。
【００３６】
図２において、送信制御信号が活性化されている場合、トランジスタＱＰ１はオン状態となり、パワーアンプ１２は、パワーアンプ４２と同様に動作する。すなわち、この場合、パワーアンプ１２は、変調回路１１の出力信号（ＲＦ信号）を増幅した送信信号が、コイルＬ１とトランジスタＱＮ１の接続点から送信用インピーダンス変換回路１３に出力される。
【００３７】
一方、送信制御信号が非活性化されている場合、トランジスタＱＰ１はオフ状態となり、パワーアンプ１２への電力の供給が遮断され、パワーアンプ１２は、増幅動作を行うことができない。また、このとき、変調回路１１の出力信号（ＲＦ信号）のバイアス成分がカットされる（ここでは、ローレベルにされる）ようにすれば、トランジスタＱＮ１もオフ状態となり、パワーアンプ１２の出力端子をハイインピーダンス状態にすることができる。
【００３８】
再び図１を参照すると、送信用インピーダンス変換回路１３は、パワーアンプ１２と送信用結合コンデンサ５との間に接続されており、送信系回路８の出力インピーダンスを所定の値（ここでは、Ｚｔｘとする）に変換するための回路である。パワーアンプ１２から出力された送信信号は、送信用インピーダンス変換回路１３〜送信用結合コンデンサ５〜送受信用整合回路４〜ＲＦフィルタ３を経由してアンテナ２に伝達され、アンテナ２から電波が送信される。
【００３９】
受信系回路９は、受信用インピーダンス変換回路２１と、ローノイズアンプ２２と、復調回路２３とを具備する。受信用インピーダンス変換回路２１は、受信用結合コンデンサ６とローノイズアンプ２２との間に接続されており、受信系回路９の入力インピーダンスを所定の値（ここでは、Ｚｒｘ（≒Ｚｔｘ）とする）に変換するための回路である。ローノイズアンプ２２には、アンテナ２によって受信された電波に基づく受信信号がＲＦフィルタ３〜送受信用整合回路４〜受信用結合コンデンサ６〜受信用インピーダンス変換回路２１を経由して供給される。ローノイズアンプ２２は、受信信号を増幅して、復調回路２３に出力する。復調回路２３は、ローノイズアンプ２２の出力信号を復調した受信データを外部回路に出力する。
【００４０】
なお、無線送受信回路７を半導体集積回路としてチップ上に形成するようにしても良い。
【００４１】
次に、無線通信装置１の動作について説明する。送信時において、送信制御信号が活性化されると、パワーアンプ１２には電力が供給される。そして、変調回路１１が、送信データを変調した出力信号（ＲＦ信号）をパワーアンプ１２に出力し、パワーアンプ１２が、変調回路１１の出力信号（ＲＦ信号）を増幅した送信信号を出力する。この送信信号は、送信用インピーダンス変換回路１３〜送信用結合コンデンサ５〜送受信用整合回路４〜ＲＦフィルタ３を経由してアンテナ２に伝達され、アンテナ２から電波が送信される。
【００４２】
一方、受信時において、送信制御信号が非活性化されると、パワーアンプ１２への電力の供給が遮断される。さらに、変調回路１１の出力信号（ＲＦ信号）のバイアス成分がカットされ、パワーアンプ１２の出力端子は、ハイインピーダンス状態となる。そして、ローノイズアンプ２２には、アンテナ２によって受信された電波に基づく受信信号がＲＦフィルタ３〜送受信用整合回路４〜受信用結合コンデンサ６〜受信用インピーダンス変換回路２１を経由して供給される。ローノイズアンプ２２は、受信信号を増幅して、復調回路２３に出力する。復調回路２３は、ローノイズアンプ２２の出力信号を復調した受信データを外部回路に出力する。
【００４３】
以上説明したように、無線通信装置１によれば、送信制御信号が非活性化されている場合に、パワーアンプ１２の出力端子がハイインピーダンス状態となるため、ＲＦスイッチ（図３参照）を不要とすることができる。ＲＦ信号が通るＲＦスイッチを低損失にすることは技術的に困難である。一方、パワーアンプ１２においては、図２に示すように、ＲＦ信号が通らない経路にＤＣ的なスイッチであるトランジスタＱＰ１を配置することにより、容易に実現可能である。
【００４４】
また、無線通信装置１によれば、送信用インピーダンス変換回路１３及び受信用インピーダンス変換回路２１により、送信系回路８の出力インピーダンスＺｔｘ及び受信系回路９の入力インピーダンスＺｒｘを所定の値にする、すなわち、Ｚｔｘ≒Ｚｒｘとすることができる。これにより、整合回路を１個（ここでは、送受信用整合回路４）にすることができる。また、無線送受信回路７を半導体集積回路としてチップ上に形成した場合に、送信用インピーダンス変換回路１３及び受信用インピーダンス変換回路２１を、パッド、リード、及び／又は、ワイヤを用いて構成することができる。パッドは、キャパシタンスを主成分とし、リード及びワイヤは、レジスタンス及びインダクタンスを主成分とする。従って、パッド、リード、及び／又は、ワイヤを用いて、所望のインピーダンス変換回路を構成することが可能である。
【００４５】
このように、無線通信装置１によれば、部品点数を減少することができ、実装面積、コスト、消費電力を低減することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、無線送信用増幅回路、無線送受信回路、半導体集積回路、及び、無線通信装置において利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施形態としての無線通信装置を示すブロック図。
【図２】図１のパワーアンプ１２の回路構成を示す図。
【図３】従来の無線通信装置を示すブロック図。
【図４】図３のパワーアンプ４２の回路構成を示す図。
【符号の説明】
【００４８】
１、３１  無線通信装置、  ２、３２  アンテナ、  ３、３３  ＲＦフィルタ、  ４  送受信用整合回路、  ５  送信用結合コンデンサ、  ６  受信用結合コンデンサ、  ７  無線送受信回路、  ８、３７  送信系回路、  ９、３８  受信系回路、  １１、４１  変調回路、  １２、４２  パワーアンプ、  １３  送信用インピーダンス変換回路、  ２１  受信用インピーダンス変換回路、  ２２、５１  ローノイズアンプ、  ２３、５２  復調回路、  ３４  ＲＦスイッチ、  ３５  送信用整合回路、  ３６  受信用整合回路、  ＱＮ１、ＱＮ１１  Ｎチャネルトランジスタ、  ＱＰ１  Ｐチャネルトランジスタ、  Ｌ１、Ｌ１１  コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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