JP4050096B2

JP4050096B2 - 高周波スイッチ回路および移動体通信端末装置

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Publication number: JP4050096B2
Application number: JP2002158908A
Authority: JP
Inventors: 賢一日高; 忠良中塚; 敦諏訪
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2008-02-20
Anticipated expiration: 2022-05-31
Also published as: EP1705805A2; JPWO2003107551A1; US20040242182A1; WO2003107551A1; CN100409585C; DE60306886T2; US7020453B2; TW200405679A; EP1705805A3; CN1565087A; EP1458112A1; JP2005303337A; EP1458112A4; EP1458112B1; DE60306886D1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路で構成されて携帯電話機や無線通信機等の通信端末装置に用いられる高周波スイッチ回路、特に消費電流を削減した高出力対応型の高周波スイッチ回路に関するものである。この高周波スイッチ回路は、例えばアンテナに対する信号経路の切り替えに用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
今日、自動車電話や携帯電話等を初めとする移動体通信ビジネスの発展は目覚しい。昨今では世界各国において様々な移動体通信システムの運用が開始されている。一方、これらの移動体通信システムでは、多くの携帯端末の信号処理部分に半導体電界効果トランジスタ（ＦＥＴ（Field-effect Transistor））が使用されている。特に携帯性が重要視される携帯端末の場合、小型化と、低電圧駆動と、低消費電力化とを同時に実現できる半導体集積回路素子としてＧａＡｓＦＥＴを用いたモノリシック・マイクロウェーブＩＣ（ＭＭＩＣ（Monolithic Microwave IC））が盛んに開発されている。中でも携帯端末内で高周波信号を切り替える高周波スイッチの開発が重要となってきている。
【０００３】
ＦＥＴをスイッチングデバイスとして使用するには、ＦＥＴのゲート端子に印加するバイアス電圧を制御する必要がある。例えば、ゲート端子にピンチオフ電圧よりも十分に高いゲートバイアスを印加してドレイン−ソース間を低インピーダンスにすることによりＦＥＴをオン状態に制御し、逆にゲート端子にピンチオフ電圧よりも十分に低いゲートバイアスを印加してドレイン−ソース間を高インピーダンスにすることによりＦＥＴをオフ状態に制御することができる。
【０００４】
このようにして、ＧａＡｓＦＥＴのゲート端子の電圧を変化させて、信号経路を切り替えることにより、アンテナスイッチの機能を持たせている。
【０００５】
このような構成のスイッチ回路の例として、信号経路に対してシリーズＦＥＴとシャントＦＥＴをそれぞれ１個ずつ組み合わせてなるＳＰＤＴ（Single Pole Dual Throw）スイッチがある。この構成にすることにより、オフ状態のシリーズＦＥＴより容量成分を介して漏れてくるＲＦ（Radio frequency）信号をオン状態にあるシャントＦＥＴがグラウンドに引き込むことができ、高アイソレーションが得られるようになる。
【０００６】
また、ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）通信方式を用いるデジタル携帯電話端末では、付属アンテナと外部アンテナとの切り替えおよび携帯電話端末に内蔵されている送信部と受信部との切り替えにＤＰＤＴ（Dual Pole Dual Throw）スイッチが用いられる。ＤＰＤＴスイッチは、第１および第２の入力端子と第１および第２の出力端子とをもち、第１および第２の入力端子からの信号を第１および第２の出力端子にそれぞれ出力するか、逆に第２および第１の出力端子に出力するかを切り替えるスイッチである。
【０００７】
これらのスイッチのＦＥＴを動作させるためには、ＦＥＴのピンチオフ電圧以上の電圧を与えることにより低インピーダンスにし、ピンチオフ電圧以下の電圧を与えることにより高インピーダンスにすることは先に述べた。ここで、ＦＥＴをスイッチ素子として用いる場合に処理可能な最大送信可能電力（Ｐｍａｘ）は次式で表される。
【０００８】
Ｐｍａｘ＝２｜Ｖｃ―Ｖｐ｜²／Ｚ
Ｖｃ：ゲート端子制御電圧
Ｖｐ：ピンチオフ電圧
Ｚ：負荷インピーダンス
このため、最大送信可能電力を増加させるには、ゲート端子制御電圧（Ｖｃ）とピンチオフ電圧（Ｖｐ）の差を大きくする必要がある。ところが、携帯電話端末の電池の電圧では、ゲート端子制御電圧（Ｖｃ）とピンチオフ電圧（Ｖｐ）の差を大きくするには限界があり、十分な最大送信可能電力を得ることはできないという課題がある。
【０００９】
このゲート端子制御電圧（Ｖｃ）を大きくするために必要となってくるのが、昇圧回路である。携帯電話端末の電池の電圧そのままで用いると、ゲート端子制御電圧（Ｖｃ）は電池の電圧までの制限を受ける。しかし、昇圧回路を用いた場合は電池の電圧より大きくすることができるため、ゲート端子制御電圧（Ｖｃ）の電圧も大きくでき、それによって、ゲート端子制御電圧（Ｖｃ）とピンチオフ電圧（Ｖｐ）の差を大きくとることができる。そのため、昇圧回路を用いることは最大送信可能電力の制限をなくすためには重要である。
【００１０】
昇圧回路を用いた同様のアンテナスイッチ半導体集積回路としては、特開平１１−５５１５６号公報に開示されたものがある。このアンテナスイッチ半導体集積回路では、ＭＯＳ集積回路半導体チップ上にデコーダ回路、ドライブ回路、発振回路、倍電圧発生回路が設けられている。
【００１１】
この倍電圧発生回路を用いることで、外部から供給された電圧を、内部で所望の電圧に変更することができるというものである。この回路により、内部で高い電圧が得られるため、ゲート端子制御電圧（Ｖｃ）を高くすることができ、それにより最大送信可能電力（Ｐｍａｘ）を高くすることができるため、高出力対応可能なアンテナスイッチ半導体集積回路を得ることができる。
【００１２】
従来のアンテナスイッチ半導体集積回路の他の例として、例えば、図１２に示された構成を有しているものがある。この図１２を参照しつつ、アンテナスイッチ半導体集積回路の動作について説明する。
【００１３】
まず、ＩＣパッケージ１にＧａＡｓ半導体チップ２と、Ｓｉ半導体チップ３とが搭載され、これらがアンテナスイッチ半導体集積回路として動作するものである。
【００１４】
スイッチ４〜７は、ＧａＡｓＦＥＴからなり、ＧａＡｓ半導体チップ２上に形成されている。これらのスイッチ４〜７は、外部容量１９〜２３をそれぞれ介して外部信号端子２４〜２７とアンテナ２８とにそれぞれ接続されている。
【００１５】
また、スイッチ８〜１１は、ＧａＡｓＦＥＴからなり、ＧａＡｓ半導体チップ２上に形成されている。これらのスイッチ８〜１１は、スイッチ４〜７と外部容量１９〜２２の間に一端がそれぞれ接続され、他端が容量１２〜１５を介して、それぞれ接地される構成をとる。
【００１６】
この構成をとることにより、例えば、外部信号端子２４からアンテナ２８への信号経路を導通させたい場合、スイッチ４および９〜１１をオン状態にし、残りのスイッチ５〜８をオフ状態にする。これにより、外部信号端子２４からアンテナ２８への信号経路を導通させることができ、かつ残りの外部信号端子２５〜２７と十分アイソレーションがとれるような構成になっている。
【００１７】
これらのスイッチ４〜１１の制御は、Ｓｉ半導体チップ３上に形成された論理回路１７により行う構成になっている。具体的には、制御端子２９，３０に与えられる複数の制御入力信号ＩＮＡ，ＩＮＢの状態に応じて、論理回路１７がスイッチ４〜１１を選択的に導通させる。このとき、通常のアンテナスイッチ半導体集積回路の場合は、これらの構成で制御可能である。ところが、高出力な信号を制御するには、先ほど述べたように、最大送信可能電力（Ｐｍａｘ）を大きくする必要がある。そのためには、スイッチ４〜１１のゲート端子制御電圧（Ｖｃ）を高くする必要があるため、昇圧回路１６を入れる必要がある。
【００１８】
昇圧回路１６は、昇圧回路１６自身を動作させるための発振回路１８Ｃおよび、上記した論理回路１７とともにＳｉ半導体チップ３上に形成されるような構成となっている。なお、発振回路１８Ｃは、図２の構成において、端子１０８に常時電源電圧を加える状態とすることで実現できる。
【００１９】
昇圧回路１６は、上記した発振回路１８Ｃからの発振信号に基づいて、電源電圧端子３１から供給された外部電圧を内部で昇圧し、この昇圧後の電圧を論理回路１７に動作電源電圧として供給する。これによって、論理回路１７から高い出力電圧を得ることができ、この電圧をゲート端子制御電圧（Ｖｃ）として用いることにより、高出力の信号を制御できるようになる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の構成では、高い電圧を得るために昇圧回路を用いているが、高い電圧を得るために昇圧回路を用いた場合、高い電圧が必要な送信時だけでなく、常に昇圧回路が動作しており、昇圧回路を動作させるために必要な電流が常に流れている。このため携帯電話端末に組み込んだ場合、必要以上の電流を消費するため、携帯電話端末としての待ち受け時間、通話時間を短縮してしまうという大きな課題がある。
【００２１】
本発明の目的は、消費電流を削減することができる高周波スイッチ回路を提供することである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の高周波スイッチ回路は、複数のスイッチ用電界効果トランジスタと、外部から与えられる制御入力信号の状態に応じて複数のスイッチ用電界効果トランジスタの導通・遮断を制御する第１の論理回路と、外部から電源電圧端子に印加される電源電圧を昇圧して第１の論理回路に動作用昇圧電圧として供給する昇圧回路と、昇圧回路に発振信号を供給して昇圧回路を動作させる発振回路と、第１の論理回路に与える動作用電圧を動作用昇圧電圧と電源電圧とに切り換える電源電圧端子と昇圧回路の出力端子との間に接続されたスイッチとを備えている。
そして、複数のスイッチ用電界効果トランジスタがアンテナへ至る送信信号経路および受信信号経路の何れかひとつの経路を制御入力信号の状態に応じて選択的に導通させる構成を有し、制御入力信号が特定の状態になったときに第１の論理回路が送信信号経路を選択的に導通させ、制御入力信号が特定の状態以外の状態になったときに第１の論理回路が受信信号経路を選択的に導通させる。
また、発振回路は、制御入力信号が特定の状態になったときに動作することにより昇圧回路に発振信号を供給して昇圧回路を動作させ、制御入力信号が特定の状態以外の状態になったときに停止することにより昇圧回路を停止させる。
また、制御入力信号が特定の状態になったときにスイッチを開放させ、特定の状態以外の状態になったときにスイッチを導通させる第２の論理回路を有する。
【００２３】
この構成によれば、制御入力信号に応じて発振回路の動作を制御することにより、制御入力信号が特定の状態であって大電力制御の必要な時のみ昇圧回路を動作させ、昇圧された電圧を第１の論理回路に供給し、大電力制御の必要のない時には昇圧回路を動作させずに、電源電圧を第１の論理回路に供給することができ、その結果消費電力を低減することができる。しかも、昇圧回路の不動作時において、第１の論理回路に与える動作用電源電圧が外部から与えられる電源電圧より下がることはないので、第１の論理回路およびスイッチ用電界効果トランジスタのスイッチ動作が不安定になることはない。
【００２５】
また、送信信号経路を導通させる時に昇圧回路が動作し、受信信号経路を導通させる時に昇圧回路が停止することになる。
【００２６】
本発明の請求項２記載の高周波スイッチ回路は、請求項１記載の高周波スイッチ回路において、複数のスイッチ用電界効果トランジスタがガリウム砒素半導体チップ上に形成され、第１および第２の論理回路と昇圧回路と発振回路とスイッチとがシリコン半導体チップ上に形成され、ガリウム砒素半導体チップとシリコン半導体チップとが同一パッケージに収納されている。
【００２７】
この構成によれば、請求項１記載の高周波スイッチ回路と同様の作用を有する。
【００２８】
本発明の請求項３記載の移動体通信端末装置は、少なくとも一つのアンテナと、少なくとも一つのアンテナへ送信信号を出力する少なくとも一つの送信部と、少なくとも一つのアンテナからの受信信号を入力する少なくとも一つの受信部と、少なくとも一つのアンテナと少なくとも一つの送信部および少なくとも一つの受信部との間に接続された複数のスイッチ用電界効果トランジスタと、外部から与えられる複数の制御入力信号の状態に応じて複数のスイッチ用電界効果トランジスタの導通・遮断を制御する第１の論理回路と、外部から電源電圧端子に印加される電源電圧を昇圧して第１の論理回路に動作用電源電圧として供給する昇圧回路と、昇圧回路に発振信号を供給して昇圧回路を動作させる発振回路と、電源電圧端子と昇圧回路の出力端子との間に接続されたスイッチと、複数の制御入力信号が特定の状態になったときに発振回路を動作させるとともにスイッチを開放させ、複数の制御入力信号が特定の状態以外の状態となったときに発振回路を停止させるとともにスイッチを導通させる第２の論理回路とを備えている。
【００２９】
この構成によれば、第２の論理回路によって複数の複数の制御入力信号が特定の状態のときにのみ昇圧回路を動作させ、それ以外の状態のときには昇圧回路を動作させないようにすることができるので、昇圧回路の無駄な動作をなくすことができ、消費電力をさらに低減することができる。
【００４４】
本発明の請求項４記載の移動体通信端末装置は、少なくとも一つのアンテナと、少なくとも一つのアンテナへ送信信号を出力する少なくとも一つの送信部と、少なくとも一つのアンテナからの受信信号を入力する少なくとも一つの受信部と、少なくとも一つのアンテナと少なくとも一つの送信部および少なくとも一つの受信部との間に接続された複数のスイッチ用電界効果トランジスタと、外部から与えられる複数の制御入力信号の状態に応じて複数のスイッチ用電界効果トランジスタの導通・遮断を制御する第１の論理回路と、外部から電源電圧端子に印加される電源電圧を昇圧して第１の論理回路に動作用電源電圧として供給する昇圧回路と、発振周波数を高低に切り替え可能で、昇圧回路に発振信号を供給して昇圧回路を動作させる発振回路と、複数の制御入力信号が特定の状態になったときに発振回路の発振周波数を高い周波数に切り替え、複数の制御入力信号が特定の状態以外の状態になったときに発振回路の発振周波数を低い周波数に切り替える第２の論理回路とを備えている。
【００４５】
この構成によれば、第２の論理回路によって複数の複数の制御入力信号が特定の状態のときにのみ昇圧回路を動作させ、それ以外の状態のときには昇圧回路を動作させないようにすることができるので、昇圧回路の無駄な動作をなくすことができ、消費電力をさらに低減することができる。
【００５４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００５５】
（第１の実施の形態）
本発明の高周波スイッチ回路の第１の実施の形態として、アンテナスイッチ半導体集積回路を図１に示す。この実施の形態のアンテナスイッチ半導体集積回路は、図１２で示した従来のアンテナスイッチ半導体集積回路と同様に、同一ＩＣパッケージ１内に搭載された、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）からなるＧａＡｓ半導体チップ２と、シリコン（Ｓｉ）からなるＳｉ半導体チップ３とから構成されている。
【００５６】
そのＧａＡｓ半導体チップ２上には、従来例と同様のＧａＡｓＦＥＴからなるスイッチ４〜１１および容量１２〜１５が形成されている。また、Ｓｉ半導体チップ３上にＭＯＳ型の論理回路１７、昇圧回路１６および発振回路１８の他に、電源電圧端子３１と昇圧回路１６の出力端子間を短絡するスイッチ２０１およびスイッチ２０１の動作制御に用いる論理回路３２とが形成されている。
【００５７】
なお、論理回路１７，３２としては、ＭＯＳ型集積回路を用いたが、シリコンバイポーラ集積回路でもシリコンＢｉＣＭＯＳ集積回路であっても良い。
【００５８】
具体的に説明すると、ＧａＡｓ半導体チップ２上に、スイッチ４〜１１によって、アンテナスイッチが構成されている。このＧａＡｓ半導体チップ２上のＧａＡｓＦＥＴは、同一パッケージ内に存在する、Ｓｉ半導体チップ３上の論理回路１７の出力端子と接続されていて、論理回路１７によって出力信号によってスイッチ４〜１１のオンオフを制御することができるような構成になっている。
【００５９】
つぎに、Ｓｉ半導体チップ３は、論理回路１７と、昇圧回路１６と、発振回路１８と、論理回路３２と、スイッチ２０１とで構成されている。
【００６０】
ここで、昇圧回路１６としては、チャージポンプ型の昇圧回路が用いられている。この昇圧回路１６の動作には発振回路１８が必要で、この発振回路１８の等価回路例を示す回路図を図２に示す。
【００６１】
発振回路１８は、３個のインバータ１０３，１０４，１０６と、アンド回路１０５と、抵抗１０１と、容量１０２とで構成されており、これらで発振信号が形成され、その信号が出力端子１０７から出力される。また、この発振回路１８を動作させたり停止させたりするために端子（ＥＮＢ）１０８を有し、この端子１０８に電源電圧と同じ電圧を与えることにより、発振回路１８が動作し、端子１０８を接地することにより発振回路１８が停止するものである。
【００６２】
つぎに、昇圧回路１６の等価回路例を示す回路図を図３に示す。昇圧回路１６は、発振回路１８の出力端子１０７に接続される入力端子１１８、インバータ１０８、容量１０９〜１１１およびダイオード１１２〜１１５で構成されており、電源電圧端子１１６より与えられた電圧を昇圧し、昇圧された電圧を出力端子１１７に出力するようになっている。なお、図１２の従来例における昇圧回路も、図３に示したものと同様である。
【００６３】
この昇圧回路１６を用いた場合、出力端子１１７に出力される電圧（Ｖｃｐ）は次式で表される。
【００６４】
Ｖｃｐ＝（ｎ＋１）＊（Ｖｃｃ−Ｖｄ）
ｎ：昇圧回路の段数
Ｖｃｃ：電源電圧
Ｖｄ：ダイオード部での電圧ドロップ量
ここで、段数とは、容量の数と同じものとなり、図３で示される昇圧回路１６では３段のものとなっている。なお、昇圧回路の段数は３段に限らない。
【００６５】
このような方式により、昇圧回路１６を用いて、昇圧回路１６の段数および、電源電圧Ｖｃｃを変えることにより、所望の電圧を得ることができるものである。
【００６６】
この構成により、昇圧回路１６を用いて、大きな電力が必要な送信時でも、対応できるアンテナスイッチ半導体集積回路を得ることができる。ところが、このように、昇圧された電圧を論理回路１７に与える従来例のような構成では、常に昇圧回路１６が動作しているため、電源電流が多く流れてしまい、消費電力の低減が要求される携帯電話端末等の場合、好ましくないものである。
【００６７】
なお、上記の電圧Ｖｃｐの数式は、発振周波数が変化しない場合を示したものであり、発振周波数が変化する場合、電圧Ｖｃｐは、係数をｋ、周波数をｆとしたときに、以下の数式で表される。
【００６８】
Ｖｃｐ＝ｋ＊ｆ＊（ｎ＋１）＊（Ｖｃｃ−Ｖｄ）
ここで、第１ないし第４外部信号端子２４〜２７とアンテナ２８の信号経路を各々導通させるために制御端子２９，３０に与える複数の制御入力信号ＩＮＡ，ＩＮＢの状態と、これに対応した各スイッチ４〜１１のゲート端子制御電圧の状態とを図４に真理値表として示している。
【００６９】
図４において、第１外部信号端子２４−アンテナ２８の経路を導通させ、他の経路を遮断する場合は、制御入力信号ＩＮＡ，ＩＮＢをそれぞれＨ，Ｈにする。これによって、論理回路１７から出力されるスイッチ４〜１１のゲート端子制御電圧がそれぞれＨ，Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｈ，Ｈ，Ｈとなり、スイッチ４〜１１が、オン、オフ、オフ、オフ、オフ、オン、オン、オンとなる。
【００７０】
つぎに、第２外部信号端子２５−アンテナ２８の経路を導通させ、他の経路を遮断する場合は、制御入力信号ＩＮＡ，ＩＮＢをそれぞれＨ，Ｌにする。これによって、論理回路１７から出力されるスイッチ４〜１１のゲート端子制御電圧がそれぞれＬ，Ｌ，Ｈ，Ｌ，Ｈ，Ｈ，Ｌ，Ｈとなり、スイッチ４〜１１が、オフ、オフ、オン、オフ、オン、オン、オフ、オンとなる。
【００７１】
つぎに、第３外部信号端子２６−アンテナ２８の経路を導通させ、他の経路を遮断する場合は、制御入力信号ＩＮＡ，ＩＮＢをそれぞれＬ，Ｈにする。これによって、論理回路１７から出力されるスイッチ４〜１１のゲート端子制御電圧がそれぞれＬ，Ｈ，Ｌ，Ｌ，Ｈ，Ｌ，Ｈ，Ｈとなり、スイッチ４〜１１が、オフ、オン、オフ、オフ、オン、オフ、オン、オンとなる。
【００７２】
つぎに、第４外部信号端子２７−アンテナ２８の経路を導通させ、他の経路を遮断する場合は、制御入力信号ＩＮＡ，ＩＮＢをそれぞれＬ，Ｌにする。これによって、論理回路１７から出力されるスイッチ４〜１１のゲート端子制御電圧がそれぞれＬ，Ｌ，Ｌ，Ｈ，Ｈ，Ｈ，Ｈ，Ｌとなり、スイッチ４〜１１が、オフ、オフ、オフ、オン、オン、オン、オン、オフとなる。
【００７３】
この真理値表における第１外部信号端子―アンテナの経路および第２外部信号端子―アンテナの経路はそれぞれ送信時を意味し、第３外部信号端子―アンテナの経路および第４外部信号端子―アンテナの経路はそれぞれ受信時を意味している。
【００７４】
この表からわかるように、大きい電力を制御することが必要な送信時には、制御端子２９に加えられる制御入力信号ＩＮＡが必ず高い電圧（Ｈ）になっていることがわかる。これにより、この制御端子２９へ外部から入力する制御入力信号ＩＮＡの状態が送信受信の切り替えを意味しており、この制御入力信号ＩＮＡを利用することにより、昇圧回路１６を動作させたり、停止させたりすることが可能となる。
【００７５】
しかし、この制御入力信号ＩＮＡを、発振回路１８を動作させる、あるいは発振回路１８を停止させるという切り替えを行う端子１０８に信号ＥＮＢとして入力すると、発振回路１８が動作しているときは、昇圧された電圧が昇圧回路１６より出力されるが、発振回路１８が停止すると、昇圧動作が停止し、昇圧回路１６の出力は電源電圧Ｖｃｃよりも低くなってしまう。そのため、受信時に、スイッチ４〜１１のゲート端子に与えられる制御電圧が下がってしまう。
【００７６】
昇圧回路１６は、ダイオードの直列回路であるので、０．７Ｖずつドロップダウンをしてしまうと、電源電圧が３Ｖでも、ダイオードの数だけ下がってしまう。そのため、受信時には、ゲート制御電圧が３Ｖ必要である場合、ゲート制御電圧が１Ｖ以下になるとスイッチがＯＮできなくなる。
【００７７】
これを避けるためには、電源電圧端子３１と昇圧回路１６の出力端子との間にスイッチ２０１を接続し、制御入力信号ＩＮＡがＬになった場合には、スイッチ２０１をオンにして電源電圧端子３１と昇圧回路１６の出力端子とを導通させる必要がある。これによって、昇圧回路１６が停止しているときには、昇圧回路１６のダイオードを通さずに、論理回路１７のゲート制御電圧が電源電圧になるようにしている。これによって、電源電圧で論理回路１７を動作させることが可能となる。
【００７８】
以上のような構成により、高出力な電力を制御する必要があるときには昇圧回路１６を動作させ、高出力が必要でない場合には、昇圧回路１６を停止させることにより消費電流を削減しかつ、電源電圧で動作させることができるようになる。
【００７９】
ここで、論理回路３２の具体回路例を図５に示す。図５において、発振回路１８および昇圧回路１６は従来例と同様であり、制御端子２９が、発振回路１８を動作させる、停止させるという切り替えを行う端子１０８に接続され、制御端子２９から入力される制御入力信号ＩＮＡが信号ＥＮＢとして発振回路１８に与えられる。論理回路３２は、インバータ２００で構成される。
【００８０】
図４の表に関して説明したように、送信時には、制御入力信号ＩＮＡがＨになっているので、端子１０８の信号ＥＮＢがＨになり、発振回路１８が動作し、昇圧回路１６が動作する。
【００８１】
また受信時には、制御入力信号ＩＮＡがＬとなっているので、端子１０８の信号ＥＮＢがＬになり、発振回路１８が停止し、昇圧回路１６が停止する。この受信時には、昇圧回路１６の出力端子１１７からの出力電圧が下がってしまうため、電源電圧端子１１６と、昇圧回路１６の出力端子１１７をスイッチ２０１を介して接続する構成となっている。
【００８２】
このスイッチ２０１は、制御入力信号ＩＮＡをインバータ２００で反転した信号で開閉が制御される。これにより、制御入力信号ＩＮＡが、Ｈの場合にはスイッチ２０１に供給される制御信号がＬとなるため、昇圧回路１６の出力端子１１７が電源電圧端子１１６と接続されない。また、制御入力信号ＩＮＡが、Ｌの場合にはスイッチ２０１に供給される制御信号がＨとなるため、昇圧回路１６の出力端子１１７が電源電圧端子１１６と接続され、昇圧回路１６が動作しない場合も論理回路１７に電源電圧Ｖｃｃが供給される。
【００８３】
これにより、制御入力信号ＩＮＡにより発振回路１８の動作・停止が切り替わり、送信時のみ昇圧回路１６が動作し、昇圧回路１６の停止時には電源電圧が供給されるような構成となっている。これにより、送信時のみ昇圧回路１６が動作するアンテナスイッチ半導体集積回路が得られる。
【００８４】
この実施の形態のアンテナスイッチ半導体集積回路によれば、大電力制御の必要な送信時のみ昇圧回路１６を動作させ、昇圧された電圧を論理回路１７に供給し、大電力制御の必要のない受信時には昇圧回路１６を動作させずに、電源電圧を論理回路１７に供給するので、消費電力を低減することができる。しかも、昇圧回路１６の不動作時において、論理回路１７に与える動作用電源電圧が外部から与えられる電源電圧より下がることはないので、論理回路１７およびスイッチ４〜１１のスイッチ動作が不安定になることはない。
【００８５】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態を図６および図７を参照しながら説明する。第２の実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、第１の実施の形態が送信時には常に、昇圧回路１６を動作させているのに対し、第２の実施の形態では、送信時でも、送信出力が低い場合には昇圧回路１６を動作させないようにした点である。
【００８６】
図４の真理値表において、たとえば、第１の外部信号端子２４―アンテナ２８の経路は高い送信出力が必要であって、その制御のために昇圧された電圧が必要であるが、第２外部信号端子２５―アンテナ２８の経路は、送信出力が低く、昇圧回路１６を用いなくても、電源電圧で十分制御可能な場合が考えられる。このような場合、第２外部信号端子２５―アンテナ２８の経路で送信を行うときは、昇圧回路１６を動作させる必要はない。
【００８７】
そのため、この送信時でも、第２外部信号端子２５―アンテナ２８の経路で送信を行うときは、昇圧回路１６を動作させない構成をとることにより、さらに消費電流を削減することが可能となる。この回路構成を示したのが、図６および図７である。
【００８８】
図６および図７において、発振回路１８および昇圧回路１６は、第１の実施の形態と同じである。第１の実施の形態との違いは、論理回路３２Ａの構成が第１の実施の形態とは異なる。すなわち、図６および図７のように制御入力信号ＩＮＡを端子１０８に直接入力するのではなく、制御入力信号ＩＮＡ，ＩＮＢを、ＮＡＮＤ回路２０３に入力し、このＮＡＮＤ回路２０３の出力信号をインバータ２０２に入力し、インバータ２０２の出力信号を端子１０８に信号ＥＮＢとして与え、またＮＡＮＤ回路２０３の出力信号でスイッチ２０１のオンオフを制御するものである。
【００８９】
この構成をとることにより、図４の真理値表で示すように、制御入力信号ＩＮＡと制御入力信号ＩＮＢがともにＨとなる状態のみで、発振回路１８を動作させることができ、したがって、第１外部信号端子２４―アンテナ２８の経路が信号経路となる状態の時だけ発振回路１８を動作させ昇圧することができるようになる。
【００９０】
また、第１外部信号端子２４―アンテナ２８の経路以外の経路を選択する場合、図４の真理値表で示すように、制御入力信号ＩＮＡと制御入力信号ＩＮＢとがともにＨ状態になるということがないため、ＮＡＮＤ回路２０３の出力信号は常にＨとなる。このＮＡＮＤ回路２０３の出力信号を、電源電圧端子１１６と昇圧回路の出力端子１１７を接続するスイッチ２０１の制御信号として使用することにより、昇圧回路１８の動作が停止した場合には電源電圧が論理回路３２Ａに供給される。
【００９１】
これにより、制御入力信号ＩＮＡおよび制御入力信号ＩＮＢに伴い発振回路１８の動作・停止が切り替わり、送信時のうちの特に大電力送信時のみ昇圧回路１６が動作し、小電力送信時または受信時には昇圧回路１６が停止し、昇圧回路１６の停止時には、論理回路３２Ａに電源電圧が供給されるような構成となる。これにより、送信時でも、高出力な信号を制御する必要のある場合のみ昇圧回路１６が動作するアンテナスイッチ半導体集積回路が得られる。
【００９２】
この実施の形態によれば、送信時のうちの特に大電力送信時のみ昇圧回路１６が動作し、小電力送信時または受信時には昇圧回路１６が停止し、昇圧回路１６の停止時には、論理回路３２Ａに電源電圧が供給されるような構成となっているので、第１の実施の形態に比べて、さらに消費電力を低減することが可能となる。
【００９３】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態を図８を参照しながら説明する。この実施の形態は、発振回路１８Ａの動作不動作を切り替えるのではなく、発振回路１８Ａの発振周波数を、論理回路３２Ｂを用いて制御入力信号ＩＮＡの状態に応じて切り替えるようにした点、スイッチ２０１およびそれを制御する論理回路が省かれている点が、第１の実施の形態とは異なる。端子１０８については、電源電圧が印加されていて、発振回路１８Ａは従来例と同様に常時動作する構成である。上記の論理回路３２Ｂは、送信時にスイッチ２０４，２０５をＯＮにするような構成になっている。
【００９４】
なお、制御入力信号ＩＮＡで直接発振回路１８Ａの発振周波数を切り替えることが可能であれば、論理回路３２Ｂは省くこともできる。
【００９５】
第３の実施の形態は、発振回路１８Ａの発振周波数を変更し、その昇圧後の電圧を制御するというものである。昇圧回路１６の電圧は、発振回路１８Ａの発振周波数によって変化する。この発振周波数が高い場合、昇圧後の電圧が高くなり、発振周波数が低い場合は昇圧後の電圧は低くなる。このため、発振周波数を変更することにより、昇圧後の電圧を変えることができる。周波数が低くなった場合、切り替えの回数が減ることにより、その消費電流も削減でき、これにより、昇圧回路１６を動作させていても、消費電流の削減が可能となる。
【００９６】
また、第１の実施の形態の回路は電源電圧をそのまま出力する回路（スイッチ２０１）を付加する必要があるため回路規模として大きくなってしまうが、この第３の実施の形態の場合は、発振周波数を決定する、容量と抵抗のうちの少なくとも一方の値を変更すればよく、回路規模が小さくてすむという利点がある。
【００９７】
図８の発振回路１８Ａは、図２の発振回路１８の構成において、抵抗１０１に対して、スイッチ２０４、抵抗２０６およびスイッチ２０５の直列回路を並列接続した構成になっている。そして、論理回路３２Ｂによって、スイッチ２０４，２０５のオンオフを制御するようになっている。上記の構成において、抵抗１０１単体で発振動作させる状態と、スイッチ２０４，２０５をオン状態にして、抵抗１０２に抵抗２０６を並列に接続し、抵抗値を下げた状態で発振動作させる状態とを選択的にとることができるようになる。
【００９８】
これにより、発振回路１８Ａ中の抵抗の値を変化させ、これによって大電力が必要な送信時、小電力でよい受信時に、各々所望の発振周波数を得るものである。スイッチ２０４，２０５は、第１の実施の形態で示したものと同様の論理回路３２Ｂを用いて、高い電圧が必要な場合と、低い値でよい場合を切り替えるものである。発振周波数が下がることにより、消費電流の削減が可能なことから、この構成により、全体として低消費電流のアンテナスイッチ半導体集積回路が得られる。
【００９９】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態を図９を参照しながら説明する。この実施の形態は、発振回路１８Ａの動作不動作を切り替えるのではなく、発振回路１８Ａの発振周波数を、論理回路３２Ｃを用いて制御入力信号ＩＮＡ，ＩＮＢの状態に応じて切り替えるようにした点、スイッチ２０１およびそれを制御する論理回路が省かれている点が、第２の実施の形態とは異なる。端子１０８については、電源電圧が印加されていて、発振回路１８Ａは従来例と同様に常時動作する構成である。論理回路３２Ｃは、送信時のうちの特に大電力送信時にのみ、スイッチ２０７，２０８をＯＮにするような構成になっている。
【０１００】
第４の実施の形態は、発振回路１８Ａの発振周波数を変更し、その昇圧後の電圧を制御するというものである。昇圧回路１６の電圧は、発振回路１８Ａの発振周波数によって変化する。この発振周波数が高い場合、昇圧後の電圧が高くなり、発振周波数が低い場合は昇圧後の電圧は低くなる。このため、発振周波数を変更することにより、昇圧後の電圧を変えることができる。周波数が低くなった場合、切り替えの回数が減ることにより、その消費電流も削減でき、これにより、昇圧回路１６を動作させていても、消費電流の削減が可能となる。
【０１０１】
また、第２の実施の形態の回路は電源電圧をそのまま出力する回路（スイッチ２０１）を付加する必要があるため回路規模として大きくなってしまうが、この第４の実施の形態の場合は、発振周波数を決定する、容量と抵抗のうちの少なくとも一方の値を変更すればよく、回路規模が小さくてすむという利点がある。
【０１０２】
図９の発振回路１８Ａは、図２の発振回路１８の構成において、抵抗１０１に対して、スイッチ２０４、抵抗２０６およびスイッチ２０５の直列回路を並列接続した構成になっている。そして、論理回路３２Ｂによって、スイッチ２０４，２０５のオンオフを制御するようになっている。上記の構成において、抵抗１０１単体で発振動作させる状態と、スイッチ２０４，２０５をオン状態にして、抵抗１０２に抵抗２０６を並列に接続し、抵抗値を下げた状態で発振動作させる状態とを選択的にとることができるようになる。
【０１０３】
これにより、発振回路１８Ａ中の抵抗の値を変化させ、これによって大電力が必要な送信時、小電力でよい受信時に、各々所望の発振周波数を得るものである。スイッチ２０４，２０５は、第２の実施の形態で示したものと同様の論理回路３２Ｃを用いて、高い電圧が必要な場合と、低い値でよい場合を切り替えるものである。発振周波数が下がることにより、消費電流の削減が可能なことから、この構成により、全体として低消費電流のアンテナスイッチ回路が得られる。
【０１０４】
（第５の実施の形態）
本発明の第５の実施の形態を図１０を参照しながら説明する。この実施の形態は、発振回路１８Ａの発振周波数を、容量切り替えによって行う点が第３の実施の形態とは異なる。つまり、コンデンサ１０２に対して、スイッチ２０７，コンデンサ２０９およびスイッチ２０８の直列回路を並列接続し、論理回路３２Ｂによってスイッチ２０７，２０８のオンオフを制御することで発振回路１８Ｂの発振周波数を高低に切り替えるようにしたものであり、その他の構成および作用効果は第３の実施の形態と同様である。
【０１０５】
（第６の実施の形態）
本発明の第６の実施の形態を図１１を参照しながら説明する。この実施の形態は、発振回路１８Ａの発振周波数を、容量切り替えによって行う点が第４の実施の形態とは異なる。つまり、コンデンサ１０２に対して、スイッチ２０７，コンデンサ２０９およびスイッチ２０８の直列回路を並列接続し、論理回路３２Ｂによってスイッチ２０７，２０８のオンオフを制御することで発振回路１８Ｂの発振周波数を高低に切り替えるようにしたものであり、その他の構成および作用効果は第４の実施の形態と同様である。
【０１０６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、制御入力信号に応じて発振回路の動作を制御することにより、制御入力信号が特定の状態であって大きな電力の制御が必要な時にのみ昇圧回路を動作させることにより、電流を削減することができる優れた高周波スイッチ回路を実現できる。しかも、昇圧回路の停止時に、電源電圧を第１の論理回路に与えることができるので、大きな電力の制御が必要でない時にも第１の論理回路の動作に必要な電圧を確保することができる。
【０１０８】
また、本発明によれば、大きな電力の制御が必要な時にのみ昇圧回路の動作周波数を高め、それ以外のときには昇圧回路の動作周波数を低くするようにしたので、電流を削減することができる優れた高周波スイッチ回路を実現できる。しかも、昇圧回路の動作を停止させるものではないため、大きな電力の制御が必要でない時にも第１の論理回路の動作に必要な電圧を確保することができ、電源電圧を直接第１の論理回路に与えるようなスイッチは不要であり、構成が簡単である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のアンテナスイッチ半導体集積回路の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態のアンテナスイッチ半導体集積回路における発振回路の等価回路例を示す回路図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態のアンテナスイッチ半導体集積回路における昇圧回路の等価回路例を示す回路図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態のアンテナスイッチ半導体集積回路の切り替え動作を示す真理値表である。
【図５】本発明の第１の実施の形態のアンテナスイッチ半導体集積回路における論理回路３２の等価回路例を示す回路図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態のアンテナスイッチ半導体集積回路の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態のアンテナスイッチ半導体集積回路における論理回路３２Ａの等価回路例を示す回路図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態のアンテナスイッチ半導体集積回路における発振回路１８Ａおよび論理回路３２Ｂの等価回路例を示す回路図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態のアンテナスイッチ半導体集積回路における発振回路１８Ａおよび論理回路３２Ｃの等価回路例を示す回路図である。
【図１０】本発明の第５の実施の形態のアンテナスイッチ半導体集積回路における発振回路１８Ｂおよび論理回路３２Ｂの等価回路例を示す回路図である。
【図１１】本発明の第６の実施の形態のアンテナスイッチ半導体集積回路における発振回路１８Ｂおよび論理回路３２Ｃの等価回路例を示す回路図である。
【図１２】従来のアンテナスイッチ半導体集積回路の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ＩＣパッケージ
２ＧａＡｓ半導体チップ
３Ｓｉ半導体チップ
４〜１１スイッチ
１２〜１５容量
１６昇圧回路
１７論理回路
１８，１８Ａ，１８Ｂ発振回路
１９〜２３外部容量
２４〜２７外部信号端子
２８アンテナ
２９制御端子
３０制御端子
３１電源電圧端子
３２，３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ論理回路

Claims

複数のスイッチ用電界効果トランジスタと、
外部から与えられる制御入力信号の状態に応じて前記複数のスイッチ用電界効果トランジスタの導通・遮断を制御する第１の論理回路と、
外部から電源電圧端子に印加される電源電圧を昇圧して前記第１の論理回路に動作用昇圧電圧として供給する昇圧回路と、
前記昇圧回路に発振信号を供給して前記昇圧回路を動作させる発振回路と、
前記第１の論理回路に与える動作用電圧を前記動作用昇圧電圧と前記電源電圧とに切り換える前記電源電圧端子と前記昇圧回路の出力端子との間に接続されたスイッチとを備え、
前記複数のスイッチ用電界効果トランジスタがアンテナへ至る送信信号経路および受信信号経路の何れかひとつの経路を前記制御入力信号の状態に応じて選択的に導通させる構成を有し、前記制御入力信号が特定の状態になったときに前記第１の論理回路が前記送信信号経路を選択的に導通させ、前記制御入力信号が前記特定の状態以外の状態になったときに前記第１の論理回路が前記受信信号経路を選択的に導通させ、
前記発振回路は、前記制御入力信号が前記特定の状態になったときに動作することにより前記昇圧回路に発振信号を供給して前記昇圧回路を動作させ、前記制御入力信号が前記特定の状態以外の状態になったときに停止することにより前記昇圧回路を停止させ、
前記制御入力信号が前記特定の状態になったときに前記スイッチを開放させ、前記特定の状態以外の状態になったときに前記スイッチを導通させる第２の論理回路を有することを特徴とする高周波スイッチ回路。
前記複数のスイッチ用電界効果トランジスタがガリウム砒素半導体チップ上に形成され、前記第１および第２の論理回路と前記昇圧回路と前記発振回路と前記スイッチとがシリコン半導体チップ上に形成され、前記ガリウム砒素半導体チップと前記シリコン半導体チップとが同一パッケージに収納されている請求項１記載の高周波スイッチ回路。
少なくとも一つのアンテナと、前記少なくとも一つのアンテナへ送信信号を出力する少なくとも一つの送信部と、前記少なくとも一つのアンテナからの受信信号を入力する少なくとも一つの受信部と、前記少なくとも一つのアンテナと前記少なくとも一つの送信部および前記少なくとも一つの受信部との間に接続された複数のスイッチ用電界効果トランジスタと、
外部から与えられる複数の制御入力信号の状態に応じて前記複数のスイッチ用電界効果トランジスタの導通・遮断を制御する第１の論理回路と、
外部から電源電圧端子に印加される電源電圧を昇圧して前記第１の論理回路に動作用電源電圧として供給する昇圧回路と、
前記昇圧回路に発振信号を供給して前記昇圧回路を動作させる発振回路と、
前記電源電圧端子と前記昇圧回路の出力端子との間に接続されたスイッチと、
前記複数の制御入力信号が特定の状態になったときに前記発振回路を動作させるとともに前記スイッチを開放させ、前記複数の制御入力信号が前記特定の状態以外の状態となったときに前記発振回路を停止させるとともに前記スイッチを導通させる第２の論理回路とを備えた移動体通信端末装置。
少なくとも一つのアンテナと、前記少なくとも一つのアンテナへ送信信号を出力する少なくとも一つの送信部と、前記少なくとも一つのアンテナからの受信信号を入力する少なくとも一つの受信部と、前記少なくとも一つのアンテナと前記少なくとも一つの送信部および前記少なくとも一つの受信部との間に接続された複数のスイッチ用電界効果トランジスタと、
外部から与えられる複数の制御入力信号の状態に応じて前記複数のスイッチ用電界効果トランジスタの導通・遮断を制御する第１の論理回路と、
外部から電源電圧端子に印加される電源電圧を昇圧して前記第１の論理回路に動作用電源電圧として供給する昇圧回路と、
発振周波数を高低に切り替え可能で、前記昇圧回路に発振信号を供給して前記昇圧回路を動作させる発振回路と、
前記複数の制御入力信号が特定の状態になったときに前記発振回路の発振周波数を高い周波数に切り替え、前記複数の制御入力信号が前記特定の状態以外の状態になったときに前記発振回路の発振周波数を低い周波数に切り替える第２の論理回路とを備えた移動体通信端末装置。