特表 2024-518707 組込み送信／受信スイッチ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-05-02

(54)【発明の名称】組込み送信／受信スイッチ

(51)【国際特許分類】

   H03H 7/38 20060101AFI20240424BHJP

【ＦＩ】

H03H7/38 B

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023562239

(86)(22)【出願日】2022-04-14

(85)【翻訳文提出日】2023-10-10

(86)【国際出願番号】 IB2022053510

(87)【国際公開番号】W WO2022224096

(87)【国際公開日】2022-10-27

(31)【優先権主張番号】17/239,527

(32)【優先日】2021-04-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】390009531

【氏名又は名称】インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション

【氏名又は名称原語表記】ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＢＵＳＩＮＥＳＳ ＭＡＣＨＩＮＥＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

【住所又は居所原語表記】Ｎｅｗ Ｏｒｃｈａｒｄ Ｒｏａｄ， Ａｒｍｏｎｋ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ １０５０４， Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ

(74)【代理人】

【識別番号】100112690

【弁理士】

【氏名又は名称】太佐 種一

(74)【代理人】

【識別番号】100120710

【弁理士】

【氏名又は名称】片岡 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】リー、ウーラム

(72)【発明者】

【氏名】サドゥ、ブディサトワ

(57)【要約】

ＴＸ／ＲＸスイッチが、電力増幅器（ＰＡ）、低雑音増幅器（ＬＮＡ）、およびアンテナ接続を含む。ＰＡは、送信モードで様々な実施形態で１つまたは複数の直並列組合せで接続されるＰＡ回路網インピーダンスおよび共通ＰＡ－ＬＮＡインピーダンスを有するＰＡ整合回路網に接続される。ＬＮＡは、受信モードで１つまたは複数の直並列組合せで接続されるＬＮＡ回路網インピーダンスおよび同一の共通ＰＡ－ＬＮＡインピーダンスを有するＬＮＡ整合回路網に接続される。モード・スイッチが、送信モードおよび受信モードをそれぞれ可能にするように共通ＰＡ－ＬＮＡインピーダンスを異なる構成で接続し得る。いくつかの実施形態では、モード・スイッチは、ＰＡ整合回路またはＬＮＡ整合回路の接続をアンテナに短絡し、または開放し得る。いくつかの実施形態では、モード・スイッチはまた、スイッチが、それぞれの増幅器が選択されないモードにあるとき、ＰＡまたはＬＮＡに対して電源オンまたはオフし得る。したがって、ＴＸモードまたはＲＸモードのＴＸ／ＲＸスイッチ構成要素の異なるモード・スイッチ構成と組み合わせた、共通ＰＡ－ＬＮＡインピーダンスに関する特定の設計制限と共に、ＴＸ／ＲＸスイッチは、ＴＸ／ＲＸスイッチ回路内に組み込まれた伝送線路なしに設計帯域幅内で動作し、雑音が低減されたアンテナ接続でアンテナとの間の最適な電力移送を実現する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

送信／受信（ＴＸ／ＲＸ）スイッチであって、
共通ＰＡ－ＬＮＡインピーダンスと、
電力増幅器（ＰＡ）回路網インピーダンスを有するＰＡ出力整合（ＰＡ－ＯＭ）回路網であって、ＰＡ－ＯＭ回路網出力インピーダンスを有するＰＡ－ＯＭ回路網出力と、ＰＡ－ＯＭ回路網入力インピーダンスを有するＰＡ－ＯＭ回路網入力とを有する前記ＰＡ－ＯＭ回路網と、
低雑音増幅器（ＬＮＡ）回路網インピーダンスを有するＬＮＡ入力整合（ＬＮＡ－ＩＭ）回路網であって、ＬＮＡ－ＩＭ回路網入力インピーダンスを有するＬＮＡ－ＩＭ回路網入力と、ＬＮＡ－ＩＭ整合回路網出力インピーダンスを有するＬＮＡ－ＩＭ整合回路網出力とを有する前記ＬＮＡ－ＩＭ回路網と、
前記共通ＰＡ－ＬＮＡインピーダンスを、受信モードでは受信直並列組合せで、送信モードでは送信直並列組合せで二者択一的に接続するモード・スイッチと
を備え、
前記受信モードでは、前記モード・スイッチが、共通ＰＡ－ＬＮＡインピーダンスを前記ＬＮＡ回路網インピーダンスと共に前記受信直並列組合せで構成し、したがって前記ＬＮＡ－ＩＭ回路網出力インピーダンスが、低雑音増幅器（ＬＮＡ）のＬＮＡ入力インピーダンスに整合し、前記ＬＮＡ－ＩＭ入力インピーダンスがアンテナ・インピーダンスに整合し、したがってＬＮＡ雑音指数が低減され、
前記送信モードでは、前記モード・スイッチが、前記ＰＡ回路網インピーダンスを前記共通ＰＡ－ＬＮＡインピーダンスと共に前記送信直並列組合せで構成し、したがって前記ＰＡ回路網出力インピーダンスが前記アンテナ・インピーダンスに整合し、前記ＰＡ回路網入力インピーダンスが、電力増幅器（ＰＡ）のＰＡ出力インピーダンスに整合し、前記ＰＡから前記アンテナへの電力移送を最適化する、
ＴＸ／ＲＸスイッチ。

【請求項2】

前記共通ＰＡ－ＬＮＡインピーダンスが前記ＰＡ回路網インピーダンスと並列に接続される、請求項１に記載のＴＸ／ＲＸスイッチ。

【請求項3】

前記共通ＰＡ－ＬＮＡインピーダンスが前記ＰＡ回路網インピーダンスと直列に接続される、請求項１に記載のＴＸ／ＲＸスイッチ。

【請求項4】

前記モード・スイッチが、前記送信モードで前記ＬＮＡ回路網インピーダンスをグランドに短絡する、請求項１に記載のＴＸ／ＲＸスイッチ。

【請求項5】

前記モード・スイッチが、前記送信モードで前記ＬＮＡに対する電力をオフにする、請求項１に記載のＴＸ／ＲＸスイッチ。

【請求項6】

前記モード・スイッチが、前記受信モードで前記ＰＡ回路網インピーダンスをグランドに短絡する、請求項１に記載のＴＸ／ＲＸスイッチ。

【請求項7】

前記モード・スイッチが、前記受信モードで前記ＰＡに対する電力をオフにする、請求項１に記載のＴＸ／ＲＸスイッチ。

【請求項8】

前記モード・スイッチが、前記送信モードで前記ＰＡ回路網インピーダンス、前記共通ＰＡ－ＬＮＡインピーダンス、およびアンテナ接続を並列に接続する、請求項１に記載のＴＸ／ＲＸスイッチ。

【請求項9】

前記モード・スイッチが、アンテナ接続、前記共通ＰＡ－ＬＮＡインピーダンス、および前記ＬＮＡ回路網インピーダンスを直列に接続する、請求項１に記載のＴＸ／ＲＸスイッチ。

【請求項10】

前記モード・スイッチが、アンテナ接続および前記共通ＰＡ－ＬＮＡインピーダンスを前記ＬＮＡ回路網インピーダンスと並列に接続する、請求項１に記載のＴＸ／ＲＸスイッチ。

【請求項11】

前記モード・スイッチが、前記受信モードで前記ＰＡに対する電力をオフにする、請求項１０に記載のＴＸ／ＲＸスイッチ。

【請求項12】

半導体チップ内に組み込まれた送信／受信（ＴＸ／ＲＸ）スイッチであって、
半導体基板と、
アンテナ接続と、
共通ＰＡ－ＬＮＡインピーダンスと、
前記基板上に配設された電力増幅器（ＰＡ）部分であって、
ＰＡ出力インピーダンスを有するＰＡと、
ＰＡ回路網インピーダンスを有する電力増幅器（ＰＡ）出力整合（ＰＡ－ＯＭ）回路網であって、ＰＡ－ＯＭ回路網出力インピーダンスを有するＰＡ－ＯＭ回路網出力と、ＰＡ－ＯＭ回路網入力インピーダンスを有するＰＡ－ＯＭ回路網入力とを有する前記ＰＡ－ＯＭ回路網と
を備える、前記ＰＡ部分と、
前記基板上に組み込まれた低雑音増幅器（ＬＮＡ）部分であって、
ＬＮＡ入力を有する低雑音増幅器（ＬＮＡ）であって、前記ＬＮＡ入力がＬＮＡ入力インピーダンスを有する、前記ＬＮＡと、
ＬＮＡ回路網インピーダンスを有する低雑音増幅器（ＬＮＡ）入力整合（ＬＮＡ－ＩＭ）回路網であって、ＬＮＡ－ＩＭ回路網入力インピーダンスを有するＬＮＡ－ＩＭ回路網入力と、ＬＮＡ－ＩＭ整合回路網出力インピーダンスを有するＬＮＡ－ＩＭ整合回路網出力とを有する前記ＬＮＡ－ＩＭ回路網と
を備える前記ＬＮＡ部分と、
前記共通ＰＡ－ＬＮＡインピーダンスを、受信モードでは受信直並列組合せで、送信モードでは送信直並列組合せで二者択一的に接続するモード・スイッチと
を備え、
前記受信モードでは、前記モード・スイッチが、共通ＰＡ－ＬＮＡインピーダンスを前記ＬＮＡ回路網インピーダンスと共に前記受信直並列組合せで構成し、したがって前記ＬＮＡ－ＩＭ回路網出力インピーダンスが、低雑音増幅器（ＬＮＡ）のＬＮＡ入力インピーダンスに整合し、前記ＬＮＡ－ＩＭ入力インピーダンスがアンテナ・インピーダンスに整合し、したがってＬＮＡ雑音指数が低減され、
前記送信モードでは、前記モード・スイッチが、前記ＰＡ回路網インピーダンスを前記共通ＰＡ－ＬＮＡインピーダンスと共に前記送信直並列組合せで構成し、したがって前記ＰＡ回路網出力インピーダンスが前記アンテナ・インピーダンスに整合し、前記ＰＡ回路網入力インピーダンスが、電力増幅器（ＰＡ）のＰＡ出力インピーダンスに整合し、前記ＰＡから前記アンテナ接続への電力移送を最適化する、
スイッチ。

【請求項13】

ＬＮＡ接続長が、前記アンテナ接続とＬＮＡ接続との間の接続の長さであり、ＰＡＮ接続長が、前記アンテナ接続とＰＡＮ接続との間の接続の長さであり、前記ＬＮＡ接続長および前記ＰＡＮ接続長がそれぞれ、アンテナ動作周波数の前記基板内の波長の４分の１未満である、請求項１２に記載のスイッチ。

【請求項14】

伝送線路が前記アンテナ接続をアンテナに接続する、請求項１２に記載のスイッチ。

【請求項15】

前記ＰＡが前記受信モードで電源オフされる、請求項１２に記載のスイッチ。

【請求項16】

前記ＬＮＡが前記送信モードで電源オフされる、請求項１２に記載のスイッチ。

【請求項17】

前記モード・スイッチが、前記スイッチが前記送信モードまたは受信モードのどちらかであるが両方ではないときにエネルギーを使用するだけである、請求項１２に記載のスイッチ。

【請求項18】

前記モード・スイッチが、前記送信モードで前記ＬＮＡ回路網インピーダンスをグランドに短絡する、請求項１２に記載のスイッチ。

【請求項19】

前記モード・スイッチが、前記受信モードで前記ＰＡ回路網インピーダンスをグランドに短絡する、請求項１２に記載のスイッチ。

【請求項20】

（ＴＸ／ＲＸ）スイッチをスイッチングする方法であって、
モード・スイッチによって第１のモードを選択するステップであって、前記第１のモードが、受信モードまたは送信モードのどちらか一方である、前記選択するステップと、
モード・スイッチを用いて、共通電力増幅器インピーダンス（ＣＰＡ）および共通低雑音増幅器インピーダンス（ＣＬＮＡ）を直並列組合せに構成するステップであって、前記直並列組合せが前記第１のモードに対応する、前記構成するステップと、
前記モード・スイッチを用いて、第２のモードを選択し、前記第１のモードを選択解除するステップと、
前記ＣＰＡおよびＣＬＮＡを、前記第２のモードに対応する前記直並列組合せに構成するステップと
を含む方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はアンテナ・スイッチに関し、より詳細には、本発明は、単一のアンテナを高周波回路で送信モードと受信モードとの間でスイッチングするアンテナ・スイッチ、すなわちＴＸ／ＲＸスイッチに関する。

【背景技術】

【0002】

単一のアンテナと、送信機、受信機、またはトランシーバとの間の接続を選択／変更するためにＴＸ／ＲＸスイッチが使用される。たとえば、送信（ＴＸ）モードでは、ＴＸ／ＲＸスイッチは、送信機またはトランシーバ、すなわち送信機またはトランシーバの出力の電力増幅器（ＰＡ）にアンテナを接続する。受信モードでは、ＴＸ／ＲＸスイッチは、低雑音増幅器（ＬＮＡ）入力にアンテナを接続し、ＬＮＡではアンテナからの信号が増幅され、次いでさらに処理される。ＴＸ／ＲＸスイッチを使用することにより、同一のアンテナが、送信モードではＴＸアンテナとして機能し、受信モードではＲＸアンテナとして機能し得る。

【0003】

いくつかの実施形態では、ＴＸ／ＲＸスイッチまたは関連する回路あるいはその両方はまた、必要に応じてＰＡおよびＬＮＡへの電力をオンおよびオフする。ＴＸ／ＲＸスイッチは通常は単極双投（ＳＰＤＴ）スイッチである。こうした典型的な実施形態では、ＴＸ／ＲＸスイッチは、アンテナに接続された単一の出力／入力、またはアンテナ接続を有する。ＴＸ／ＲＸスイッチはまた、通常はＰＡ出力に接続されたＴＸ入力と、通常はＬＮＡ入力に接続されたＲＸ出力とを有する。ＲＸ／受信モードでは、ＴＸ／ＲＸスイッチ（または関連する回路あるいはその両方）はＬＮＡを電源オンし得ると共に、ＴＸ／ＲＸスイッチは、アンテナ（または受信モードのアンテナ）をＬＮＡ入力に接続する。ＬＮＡ出力は、受信機／トランシーバ内の他の構成要素に接続される。ＴＸモードでは、ＴＸ／ＲＸスイッチ（または関連する回路あるいはその両方）は電力増幅器（ＰＡ）を電源オンし得ると共に、ＴＸ／ＲＸスイッチは、たとえばＰＡ出力を通じて、アンテナ（または送信モードのアンテナ）を送信機／トランシーバ出力に接続する。

【0004】

一般に、ＴＸ／ＲＸスイッチ内のアンテナ信号接続が、伝送線路を通じて行われる。こうした伝送線路はしばしば、４分の１波長伝送線路、すなわちλ／４伝送線路である。ここでは、λは通常は動作周波数の波長である。こうしたλ／４伝送線路は一般に、アンテナの入力インピーダンス、すなわちアンテナ・インピーダンスに近い、またはそれに等しい特性インピーダンスを有する。

【0005】

ＴＸ／ＲＸスイッチの従来技術の例として、Faith Golcuk等による「A 90-100-GHz 4 x 4 SiGe BiCMOS Ploarimetric Transmit/Receive Phase Array with Simultaneous Receive-Beams Capabilities」,IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 61, No.8, August 2013, (Golcuk)の図４を参照されたい。Ｇｏｌｃｕｋは、ＴＸ／ＲＸスイッチの典型的な実施形態の回路図および回路レイアウトを示す。Ｇｏｌｃｕｋでは、アンテナ（ＡＮＴ）が、ＴＸ接続（送信モード中）とＲＸ接続（受信モード中）の両方に接続される。送信モードでは、アンテナが、１／４波長（λ／４）伝送線路を通じてＴＸポートに接続され、ＲＸポートがグランドに短絡され、ＶＣ＝ＶＤＤである。このことは、λ／４インピーダンス変圧器と共にアンテナに対する高いインピーダンスをもたらす。受信モードでは、アンテナが、１／４波長（λ／４）ＴＸ伝送線路を通じてＲＸポートに接続され、ＴＸポートがグランドに短絡され、ＶＣ＝０である。このことは、λ／４インピーダンス変圧器でアンテナに対する高いインピーダンスをもたらす。

【0006】

ＴＸ／ＲＸスイッチの第２の従来技術の例として、Robert L. Schmid等による「On the Analysis and Design of Low-Loss Single-Pole Double-Throw W-Band Switches Utilizing Saturated SiGe HBTs」, IEEETransaction on Microwave Theory and Techniques, Vol. 62, No. 11, November 2014(Schmid)の図１を参照されたい。Ｓｃｈｍｉｄは、λ／４ＴＸ伝送線路と共にｎＦＥＴスイッチング・デバイスを使用する従来の４分の１波長ＴＸ／ＲＸスイッチ実装の代替実施形態を示す。ここでは、「共通ポート」（アンテナ入力）は、第１の１／４波長（λ／４）伝送線路を通じて「スイッチ・ポート１」にアンテナを接続し、「スイッチ・ポート２」はグランドに短絡され、λ／４インピーダンス変圧器でアンテナに対する高いインピーダンスをもたらす。代替として、回路は、第２の１／４波長（λ／４）伝送線路を通じて「スイッチ・ポート２」にアンテナを接続すると共に、「スイッチ・ポート１」をグランドに短絡する。このことは、λ／４インピーダンス変圧器でアンテナに対する高いインピーダンスをもたらす。

【0007】

ＧｏｌｃｕｋとＳｃｈｍｉｄはどちらも、第１の１／４波長（λ／４）伝送線路を接続すると共に、第２の１／４波長（λ／４）伝送線路の出力をグランドに短絡するＴＸ／ＲＸスイッチを開示する実施形態を示す。従来技術はまた、単一の１／４波長（λ／４）伝送線路のスイッチング、すなわち片側スイッチングを実装するＴＸ／ＲＸスイッチの実施形態を開示している。Alberto Valdes-Garcia等による「A Fully-Integrated Dual-Polarization 16-Element W-band Phased-Array Transceiver in SiGe BiCMOS」, 978-1-4673-6062-3/13, 2013 IEEE (Valdes-Garcia)を参照されたい。

【0008】

こうした従来技術のＴＸ／ＲＸスイッチおよび類似の設計のＴＸ／ＲＸスイッチは、スイッチング回路の１つまたは複数のそれぞれの接続／構成への伝送線路またはＴＸ／ＲＸスイッチ構成要素あるいはその両方の挿入のために、ＰＡからのまたはＬＮＡへのあるいはその両方の電力損失／放散を受ける。こうした「挿入損失」により、送信モードまたは受信モードあるいはその両方での性能が低下する。この性能低下には、ＲＸモードでの「雑音指数」（ＮＦ）の劣化、およびＴＸモードでの出力パワー・レベルおよび効率の劣化が含まれる。

【0009】

従来技術の多くでは、こうした挿入損失により、ＬＮＡ接続経路とＰＡ接続経路の両方で無視できない損失が導入される。こうした挿入損失は、高周波数（および関連する波長λ）でより著しくなる。さらに、従来の設計では、４分の１波長伝送線路に基づくインピーダンス変換は、ＴＸ／ＲＸスイッチの動作の帯域幅範囲を限定する、限定された帯域幅を有する。

【0010】

さらに、従来の半導体ＴＸ／ＲＸスイッチング・トポロジでの４分の１波長伝送線路は、広いダイ面積を占有し、それによって半導体チップのコストおよびサイズが増大する。

【0011】

小型の形状因子で半導体回路内に効果的に組み込まれ得る、改善された挿入損失およびより広い動作帯域幅を有するＴＸ／ＲＸスイッチが求められている。

【発明の概要】

【0012】

本発明の一実施形態によれば、送信／受信（ＴＸ／ＲＸ）スイッチが、電力増幅器（ＰＡ）出力整合（ＰＡ－ＯＭ）回路網（または電力整合回路網（ＰＡＭ））、低雑音増幅器（ＬＮＡ）入力整合回路網（ＬＮＡ－ＩＭまたは低雑音増幅器整合（ＬＮＡＭ）回路網）、およびモード・スイッチを有する。

【0013】

ＰＡ－ＯＭ回路網はＰＡ回路網インピーダンスを有する。送信モードでは、モード・スイッチは、共通インピーダンスをＰＡ回路網インピーダンスに接続し、送信直並列組合せを作成する。送信直並列組合せの様々な実施形態が、アンテナ・インピーダンスをＰＡ－ＯＭのＰＡ－ＯＭ（ＰＡＭ）回路網出力インピーダンスに整合し、ＰＡＭ－ＯＭのＰＡ－ＯＭ（ＰＡＭ）回路網入力インピーダンスを電力増幅器（ＰＡ）出力インピーダンスに整合する。こうした送信直並列組合せは、送信モードでＰＡからアンテナに移送される電力を最適化する。

【0014】

低雑音増幅器（ＬＮＡ）入力整合ＬＮＡ－ＩＭ（またはＬＮＡＭ）回路網は、ＬＮＡ回路網インピーダンス（ＬＮＡＮ）を有する。受信モードでは、モード・スイッチは、同一の共通インピーダンスをＬＮＡＮに接続し、受信直並列組合せを作成する。受信直並列組合せの様々な実施形態が、ＬＮＡのＬＮＡ入力をＬＮＡ－ＩＭ出力に整合し、アンテナ・インピーダンスをＬＮＡ－ＩＭ入力に整合する。こうした受信直並列組合せはＬＮＡ雑音指数および電力整合を最適化する。

【0015】

したがって、共通インピーダンスは、モード・スイッチの状態によって構成される様々な直並列組合せで、ＬＮＡ－ＩＭ（ＬＮＡＭ）回路網およびＰＡ－ＯＭ回路網に共通であり、すなわちＬＮＡ－ＩＭ（ＬＮＡＭ）回路網とＰＡ－ＯＭ回路網の両方によって使用される。

【0016】

ＴＸ／ＲＸスイッチ内のＰＡ－ＯＭ（ＰＡＭ）およびＬＮＡ－ＩＭ（ＬＮＡＭ）の実施形態が、半導体内に組み込まれる。共通インピーダンスによって、半導体内に伝送線路を組み込む必要が取り除かれ、ずっと小型のサイズの組込み半導体ＴＸ／ＲＸスイッチが可能となる。

【0017】

設計制約、設計方法、およびＴＸ／ＲＸスイッチ動作方法が開示される。

【0018】

本発明の様々な実施形態が、ここで簡潔に説明される添付の図面を参照しながら、以下でより詳細に説明される。図は、本発明の様々な装置、構造、構成要素、回路、構成要素組合せ、および関連する方法ステップを示す。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1A】ＰＡ回路網インピーダンスと並列組合せされる共通インピーダンス（ＣＰＡｐ）を含む電力増幅器（ＰＡ）出力整合（ＰＡ－ＯＭ）（ＰＡＭ）回路網を有する送信モードの部分ＴＸ／ＲＸスイッチ構成のブロック図であり、ルックイン・インピーダンスを示すためにＴＸ／ＲＸスイッチ構成要素が切断されて示されている図である。

【図1B】ＰＡ回路網インピーダンスと直列組合せされる共通インピーダンス（ＣＰＡｓ）を含む電力増幅器（ＰＡ）出力整合回路網を有する送信モードの部分ＴＸ／ＲＸスイッチ構成のブロック図であり、ルックイン・インピーダンスを示すためにＴＸ／ＲＸスイッチ構成要素が切断されて示されている図である。

【図2A】ＬＮＡ入力（ＬＮＡ回路網インピーダンスを含む）と並列組合せされる共通インピーダンス（ＣＰＡｓ／ＬＮＡｐ）を含む低雑音増幅器（ＬＮＡ）入力整合回路網を有する受信モードの部分ＴＸ／ＲＸスイッチ構成のブロック図であり、ルックイン・インピーダンスを示すためにＴＸ／ＲＸスイッチ構成要素が切断されて示されている図である。

【図2B】ＬＮＡ入力（ＬＮＡ回路網インピーダンスを含む）と直列組合せされる共通インピーダンス（ＣＰＡｐ／ＬＮＡｓ）を含む低雑音増幅器（ＬＮＡ）入力整合回路網を有する受信モードの部分ＴＸ／ＲＸスイッチ構成のブロック図であり、ルックイン・インピーダンスを示すためにＴＸ／ＲＸスイッチ構成要素が切断されて示されている図である。

【図3】どのようにモード・スイッチが受信モード（モード・スイッチ開）で共通インピーダンスをＬＮＡ入力（ＬＮＡ回路網インピーダンスを含む）に直列に接続し、送信モード（モード・スイッチ閉）で共通インピーダンスをＰＡ回路網インピーダンスと並列に接続するかを示す、接続された構成要素を有する１つのＴＸ／ＲＸスイッチ構成実施形態のブロック図である。

【図4】どのようにモード・スイッチが送信モード（モード・スイッチ開）で共通インピーダンスをＰＡ回路網インピーダンスに直列に接続し、受信モード（モード・スイッチ閉）で共通インピーダンスをＬＮＡ入力（ＬＮＡ回路網インピーダンスを含む）と並列に接続するかを示す、接続された構成要素を有する１つのＴＸ／ＲＸスイッチ代替構成実施形態のブロック図である。

【図5A】（開）モード・スイッチが受信モード（ＲＸ）を構成し、共通インピーダンスが雑音および電力整合のためにＬＮＡ入力（ＬＮＡ回路網インピーダンスを含む）と直列になるように設計される、図３に示される１つのＴＸ／ＲＸスイッチ実施形態のブロック図である。

【図5B】開モード・スイッチがアンテナ、共通インピーダンス、およびＬＮＡ入力（ＬＮＡ回路網インピーダンスを含む）を直列に接続する場合を示す、図５Ａに示される受信モード直並列組合せの一実施形態の回路図である。

【図6】モード・スイッチが送信モード（ＴＸ）を構成し、閉モード・スイッチがＬＮＡ入力をグランドに短絡し、共通インピーダンスをＰＡ回路網インピーダンスと並列に接続する、図３に示される１つのＴＸ／ＲＸスイッチ実施形態のブロック図である。

【図7】（閉）モード・スイッチがＰＡ（ネットワーク・インピーダンス）出力をグランドに短絡し、共通インピーダンスをＬＮＡ入力（ＬＮＡ回路網インピーダンスを含む）と並列に接続することによって受信モードを構成する、図４に示される代替ＴＸ／ＲＸスイッチ実施形態のブロック図である。

【図8】（開）モード・スイッチが共通インピーダンスをＰＡ回路網インピーダンスと直列に接続することによって送信モードを構成し、ＬＮＡが電源オフされる、図４に示されるＴＸ／ＲＸスイッチ実施形態のブロック図である。

【図9】基板上に伝送線路を含めることを必要とすることなく、基板、たとえば半導体基板上に組み込まれた例示的ＴＸ／ＲＸスイッチのブロック図である。

【図10】ＴＸ／ＲＸスイッチを使用するスイッチング・プロセスの流れ図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

本発明の実施形態は、本明細書で開示される例示的方法、装置、構造、システム、およびデバイスに限定されず、本開示が与えられると当業者には明らかとなる他の代替のより広範な方法、装置、構造、システム、およびデバイスに広範に適用可能であることを理解されたい。

【0021】

さらに、添付の図面に示される様々な構成要素、構造、または領域、あるいはその組合せが原寸に比例して描かれていないこと、および一般に使用されるタイプの１つまたは複数の構成要素、回路、構造、または領域、あるいはその組合せが図面には明示的に示されていないことがあることを理解されたい。このことは、明示的には図示されていない構成要素、回路、構造、または領域が実際のデバイスから省略されることを示唆しない。

【0022】

さらに、説明が必ずしもいくつかの要素に焦点を当てていないとき、明快または簡単あるいはその両方のために、そのような要素が視界から省かれることがある。さらに、図面全体にわたって使用される同一または類似の参照番号は、同一または類似の特徴、要素、構成要素、または構造を示すために使用され、したがって同一または類似の特徴、要素、または構造の詳細な説明は、図面のそれぞれについて反復されない。

【0023】

本発明の実施形態に従って開示される半導体デバイス、構造、および方法は、アプリケーション、ハードウェア、通信、または電子システムで利用され得る。本発明の実施形態を実装するための適切なハードウェアおよびシステムには、限定はしないが、パーソナル・コンピュータ、通信ネットワーク、電子商取引システム、ポータブル通信デバイス（たとえば、セル・フォンおよびスマート・フォン）、ソリッド・ステート媒体記憶デバイス、エキスパートおよび人工知能システム、機能回路、ニューラル・ネットワークなどが含まれ得る。半導体デバイスおよび構造を組み込むシステムおよびハードウェアが、本発明の企図される実施形態である。

【0024】

本明細書では、「高さ」とは、要素の底面から頂面まで測定され、かつ／または要素が配置される表面に対して測定された、断面図または正面図での要素（たとえば、層、トレンチ、穴、開口など）の垂直サイズを指す。

【0025】

逆に、「深さ」とは、要素の頂面から底面まで測定された、断面図または正面図での要素（たとえば、層、トレンチ、穴、開口など）の垂直サイズを指す。「厚い」、「厚さ」、「薄い」、またはそれらの派生語などの用語が、指示される場合に「高さ」の代わりに使用され得る。

【0026】

本明細書では、「横方向」、「横方向側面(lateral side)」、「側面(side)」、および「横方向表面(lateral surface)」とは、図面の左側面または右側面などの要素（たとえば、層、開口など）の側面(side surface)を指す。

【0027】

本明細書では、「幅」または「長さ」とは、要素の側面から反対側の表面まで測定された、図面の要素（たとえば、層、トレンチ、穴、開口など）のサイズを指す。「厚い」、「厚さ」、「薄い」、またはそれらの派生語などの用語が、指示される場合に「幅」または「長さ」の代わりに使用され得る。

【0028】

本明細書では、「上側」、「下側」、「右側」、「左側」、「垂直」、「水平」、「上端」、「下端」、およびそれらの派生語は、図面／図で方向付けられるような、開示された構造および方法に関するものとする。たとえば、本明細書では、「垂直」とは、正面図での基板の頂面に対して垂直な方向を指し、「水平」とは、正面図での基板の頂面に平行な方向を指す。

【0029】

本明細書では、別段に指定されていない限り、「の上の(on)」、「の上に重なる(overlying)」、「の頂上に(atop)」、「の上端に(on top)」、「の上に配置された(positioned on)」、「の頂上に配置された(positioned atop)」などの用語は、第１の要素が第２の要素上に存在し、介在要素が第１の要素と第２の要素との間に存在し得ることを意味する。本明細書では、別段に指定されていない限り、「の上の(on)」、「の上に重なる(overlying)」、「の頂上に(atop)」、「の上端に(on top)」、「の上に配置された(positioned on)」、「の頂上に配置された(positioned atop)」、「の上に配設された(disposed on)」などの用語、または「と接触する(in contact)」もしくは「と直に接触する(direct contact)」という用語は、第１の要素と第２の要素が、たとえば、第１の要素と第２のとの間に存在する中間導電層、中間絶縁層、中間半導体層などのどんな介在要素も伴わずに接続されることを意味する。

【0030】

こうした用語は、記載のデバイスの向きに影響を受けることがあることを理解されたい。たとえば、デバイスが逆さまに回転した場合、こうした説明の意味が変化することがあるが、説明は本発明の特徴間の相対関係を記述するので、説明は依然として有効である。

【0031】

本発明の実施形態は、周知の半導体製造技術によって、半導体チップ上／内に、たとえば半導体基板の表面上に、かつ／または基板内に組み込まれる。

【0032】

ＴＸ／ＲＸスイッチの実施形態は、電力増幅器（ＰＡ）、低雑音増幅器（ＬＮＡ）、電力増幅器（ＰＡ）出力整合（ＰＡ－ＯＭ）回路網、低雑音増幅器（ＬＮＡ）入力整合回路網（ＬＮＡ－ＩＭ）、モード・スイッチ、およびアンテナ接続を含む。

【0033】

ＰＡは、ＰＡ出力インピーダンスを有するＰＡ出力を有する。ＰＡ出力はＰＡ－ＯＭ回路網入力に接続される。ＰＡ－ＯＭ回路網は、１つまたは複数の異なるスイッチング可能な構成のうちの１つでアンテナ接続に接続されるＰＡ－ＯＭ回路網出力を有する。ＰＡ－ＯＭ回路網は、ＰＡ回路網インピーダンスおよび共通インピーダンスを有する。ＰＡ回路網インピーダンスと共通インピーダンスは、モード・スイッチによって、異なる送信直並列組合せで接続され得る。

【0034】

ＬＮＡは、ＬＮＡ入力インピーダンスを有するＬＮＡ入力を有する。ＬＮＡ入力はＬＮＡ入力整合回路網（ＬＮＡ－ＩＭ）出力に接続される。ＬＮＡ－ＩＭ回路網入力は、モード・スイッチによって、１つまたは複数の異なるスイッチング可能な構成のうちの１つでアンテナ接続に接続される。ＬＮＡ－ＩＭ回路網はＬＮＡ回路網インピーダンスを有する。ＬＮＡ回路網インピーダンスと共通インピーダンスは、異なる実施形態で、モード・スイッチによって、異なる受信直並列組合せで接続され得る。

【0035】

モード・スイッチは、送信モードでＰＡ回路網インピーダンスを構成するとき、および受信モードでＬＮＡ－ＩＭ回路網を構成するとき、同一の共通インピーダンスを使用／構成する。

【0036】

やはり、モード・スイッチが送信モード／位置にあるか、それとも受信モード／位置にあるかに応じて、異なる構成のモード・スイッチが、ＰＡ回路網インピーダンスまたはＬＡＮネットワーク・インピーダンスあるいはその両方との１つまたは複数の直列／並列組合せで共通インピーダンスを接続し得る。いくつかの実施形態では、モード・スイッチはまた、ＰＡまたはＬＮＡに対して電源オンまたはオフし得る。

【0037】

したがって、ＴＸ／ＲＸスイッチ構成要素のうちの１つまたは複数の様々なモード・スイッチ構成と組み合わせた、ＰＡ回路網インピーダンス、共通インピーダンス、およびＬＮＡ回路網インピーダンスに関する特定の設計制限と共に、ＴＸ／ＲＸスイッチは、アンテナとの間で電力を最適に移送するように設計帯域幅内で動作する。さらに、伝送線路がＴＸ／ＲＸスイッチ回路と共に組み込まれることなく、ＴＸ／ＲＸスイッチは半導体チップ内に組み込まれ得る。ＴＸモードとＲＸモードのどちらでも、最大電力がアンテナとの間で移送される。

【0038】

以下で説明されるように、共通インピーダンスは様々な構成であり得、モード・スイッチの構成、ＴＸ／ＲＸスイッチ回路設計、ＰＡ回路網インピーダンスの値、およびＬＡＮネットワーク・インピーダンスによって決定される様々な値を有し得る。

【0039】

ここで図を参照されたい。

【0040】

図１Ａは、ＰＡ回路網インピーダンス（ＰＡＮ）１３０との並列組合せで接続された（１２７Ｐ）共通ＰＡ－ＬＮＡインピーダンス（ＣＰＡ／ＣＰＡｐ）１４０を含む電力増幅器（ＰＡ）１２０出力整合（ＰＡ－ＯＭ）回路網１２５／１２５Ｐを有する、送信モードの部分ＴＸ／ＲＸスイッチ構成実施形態１００のブロック図であり、ルックイン・インピーダンス１２２／１３５／１３２／１３４／１１５を示すためにＴＸ／ＲＸスイッチ構成要素１２０／１２５／１２５Ｐ／１１０／１０５／１４０が切断されて示されている。

【0041】

図１Ｂは、ＰＡ回路網インピーダンス（ＰＡＮ）１３０と直列組合せされる共通ＰＡ－ＬＮＡインピーダンス（ＣＰＡ／ＣＰＡｓ）１４０を含む電力増幅器（ＰＡ）１２０整合回路網（ＰＡ－ＯＭ）１２５／１２５Ｓを有する、送信モードでの部分ＴＸ／ＲＸスイッチ構成代替実施形態１５０のブロック図であり、ルックイン・インピーダンス１２２／１３５／１３２／１３４／１１５を示すためにＴＸ／ＲＸスイッチ構成要素１２０／１２５／１２５Ｓ／１１０／１０５／１４０が切断されて示されている。

【0042】

いくつかの実施形態では、アンテナ１１０は、動作周波数（アンテナ１１０が励振される周波数）、アンテナ１１０をアンテナ接続１１１に接続する伝送線路（図示せず）、電力増幅器出力整合回路網１２５／１２５Ｐ／１２５Ｓ、または他の要素、あるいはその組合せと共に変動し得るルックインまたは入力インピーダンス（Ａｎｔｉ）１１５を有する。いくつかの実施形態では、伝送線路は、アンテナ接続１１１を通じてアンテナ１１０入力（Ａｎｔｉ）１１５を電力増幅器出力整合回路網１２５／１２５Ｐ／１２５Ｓ出力（ＰＡ－ＯＭｏ／ＰＡＭｏ）１３４に接続する。

【0043】

いくつかの実施形態では、電力増幅器出力整合回路網（ＰＡ－ＯＭ）１２５出力（ＰＡ－ＯＭｏ）１３４のルックイン出力インピーダンス（ＰＡ－ＯＭｏ）１３４が、システム動作周波数（たとえば、アンテナ１１０の共振周波数）でアンテナ１１０入力インピーダンス（Ａｎｔｉ）１１５と整合する（または同一である）。このインピーダンス整合条件下で、以下で説明されるように、インピーダンスが他の回路位置で整合すると仮定して、図１Ａおよび１Ｂに示される送信モードで、最大電力がＰＡ１２０からアンテナ１１０に移送される。

【0044】

いくつかの実施形態では、ＰＡ１２０、ＰＡ出力整合回路網、ＰＡ－ＯＭ１２５、およびアンテナ１１０を含む構成要素が、周知の技法によって共通接続１０５またはグランド１０５に接続される。

【0045】

電力増幅器（ＰＡ）１２０出力整合（ＰＡ－ＯＭ）回路網１２５／１２５Ｐ／１２５ＳはＰＡ回路網インピーダンス（ＰＡＮ）１３０を含む。ＰＡ－ＯＭ回路網１２５／１２５Ｐ／１２５Ｓは、ＰＡ出力整合回路網入力インピーダンス（ＰＡ－ＯＭｉ）１３５を有するＰＡ－ＯＭ回路網入力（ＰＡ－ＯＭｉ）１３５と、ＰＡ回路網出力インピーダンス（ＰＡ－ＯＭｏ）１３４を有するＰＡ出力整合回路網出力１３４とを有する。

【0046】

いくつかの実施形態では、ＰＡ出力整合回路網入力１３５は、ＰＡＮ１３０の両端間の並列接続と同一の接続である。ＰＡ－ＯＭ入力（ＰＡＭｉ／ＰＡ－ＯＭｉ）１３５はＰＡ出力接続（ＰＡｏ）１２２とインターフェースする。ＰＡ１２０出力接続１２２はＰＡ１２０出力インピーダンス（ＰＡｏ）１２２を有する。

【0047】

ＰＡ出力整合回路網１２５／１２５Ｐ／１２５Ｓ出力（ＰＡ－ＯＭｏ）１３４が、アンテナ接続１１１およびグランド接続１０５を通じてアンテナ１１０入力（Ａｎｔｉ）１１５に接続される。

【0048】

いくつかの実施形態では、送信モードでは、アンテナ１１０入力インピーダンス（Ａｎｔｉ）１１５（または外部伝送線路（図示せず）インピーダンスあるいはその両方）は、アンテナ１１０入力１１５をアンテナ接続１１１に接続し、ＰＡ出力整合回路網１２５／１２５Ｐ／１２５Ｓ出力インピーダンス（ＰＡ－ＯＭｏ）１３４と整合する。さらに、ＰＡ－ＯＭ回路網１２５／１２５Ｐ／１２５Ｓ入力インピーダンス（ＰＡ－ＯＭｉ）１３５はＰＡ１２０出力接続／インピーダンス（ＰＡｏ）１２２と整合する。このようにして、送信モードでは、ＰＡ１２０の出力１２２は、ＰＡ１２０からＰＡ整合出力ネットワーク（ＰＡ－ＯＭ）１２５／１２５Ｐ／１２５Ｓに、次いでアンテナ１１０に最大電力を移送する。モード・スイッチは、こうした整合を達成するように共通ＰＡ－ＬＮＡインピーダンス（ＣＰＡｐ／ＣＰＡｓ）１４０を構成する。以下の説明を参照されたい。

【0049】

ＰＡ－ＬＮＡインピーダンス（ＣＰＡｐ／ＣＰＡｓ）１４０を見る１つの方法は、インピーダンスの物理的性質を有する回路または構成要素としてのものである。したがって、一般性を失うことなく、インピーダンスなどを接続することへの参照は、回路／構成要素をこのインピーダンス特性と接続することを意味する。

【0050】

図１Ａに示される実施形態１００では、ＰＡ－ＯＭｐ１２５／１２５Ｐは、共通の並列ＰＡインピーダンス接続（ＰＡＭｃ）１２７Ｐによる並列組合せで共通ＰＡ－ＬＮＡインピーダンス（ＣＰＡｐ）１４０に接続されたＰＡ回路網インピーダンス（ＰＡＮ）１３０を含む。この実施形態では、送信モードでは、ＰＡ出力（ＰＡｏ）１２２、ＰＡ出力整合回路網（ＰＡ－ＯＭ）１２５／１２５Ｐ、およびアンテナ１１０が、前述のようにそれぞれのインピーダンス整合と並列に接続され、ＰＡ１２０からアンテナ１１０への最大電力移送が実現される。

【0051】

図１Ｂに示される代替実施形態１５０では、ＰＡ－ＯＭｓ１２５／１２５Ｓは、共通の直列ＰＡインピーダンス接続（ＰＡ－ＯＭｓ）１２７Ｓによる直列組合せで共通ＰＡ－ＬＮＡインピーダンス（ＣＰＡｓ）１４０に接続されたＰＡ回路網インピーダンス（ＰＡＮ）１３０を含む。

【0052】

こうした実施形態１００／１５０で示されるように、ＰＡ－ＯＭ１２５は、直列、並列、または直並列組合せで共通ＰＡ－ＬＮＡインピーダンス１４０に接続されたＰＡＮ１３０を含み得る。こうした接続／組合せの焦点は、最大電力移送または他の動作効率あるいはその両方を可能にするように、インピーダンスがＰＡ－ＯＭ１２５の入力および出力で整合することである。たとえば、送信モードのとき、以下のインピーダンス対が整合すべきである：ＰＡｏ１２２がＰＡ－ＯＭｉ１３５に整合し、ＰＡ－ＯＭｏ１３４がＡｎｔｉ１１５に整合する。こうしたインピーダンス整合のために、ＴＸ／ＲＸスイッチ回路内の伝送線路を必要とすることなく最大電力移送がＴＸ／ＲＸスイッチ内で行われることに留意されたい。

【0053】

追加の設計考慮事項には、以下で説明されるように、モード・スイッチによる共通ＰＡ－ＬＮＡインピーダンス１４０の他の直並列組合せが含まれる。

【0054】

共通構成要素１４０（ＣＰＡｐ、ＣＰＡｓ）は、送信モードと受信モードの両方で、それぞれＰＡ１２０とＬＮＡ２２０の両方と共に使用される同一の共通インピーダンスであるが、共通インピーダンスの設計値は構成と共に変動し得る。図２を参照されたい。共通インピーダンス１４０（ＣＰＡｐ／ＬＮＡｓ、ＣＰＡｓ／ＬＮＡｐ）は、異なるモード・スイッチ位置が受信モードでは受信モード直並列組合せで、送信モードでは送信モード直並列組合せで共通インピーダンス１４０を構成するように設計される。共通インピーダンス１４０の値は、広い帯域幅にわたって高い信号対雑音比でアンテナとの間の電力移送を最大化することを可能にするように決定される。以下の説明をさらに参照されたい。

【0055】

実施形態１００／１５０では、送信モードで、ＰＡ１２０はトランジスタＴ１およびＴ２を含み、このことが差動バック・エンド、たとえば「プッシュ・プル」構成を有するＰＡ１２０を示すことに留意されたい。ＰＡ１２０はまた、単一端バック・エンド出力ステージと共に構成され得る。さらに、周知のように、ＰＡ信号は、トランジスタＴ１およびＴ２のベース接続に印加され得る。他の周知のＰＡ１２０構成が想定される。

【0056】

図２Ａは、ＬＮＡ回路網インピーダンスＬＮＡＮ２３０と並列組合せされる共通ＰＡ－ＬＮＡインピーダンスＣＰＡｓ／ＬＮＡ１４０を含む、低雑音増幅器（ＬＮＡ）２２０入力整合回路網ＬＮＡ－ＩＭｐ２２５／２２５Ｐを含む受信モード実施形態での部分ＴＸ／ＲＸスイッチ構成２００のブロック図であり、ルックイン・インピーダンス２３１／２３５／２３２／２３４／１１５を示すためにＴＸ／ＲＸスイッチ構成要素が切断されて示されている。

【0057】

図２Ｂは、共通ＰＡ－ＬＮＡインピーダンス（ＣＰＡｐ／ＬＮＡ）１４０を含む低雑音増幅器（ＬＮＡ）２２０入力整合回路網（ＬＮＡ－ＩＭＳ）２２５／２２５Ｓを有する受信モード代替実施形態での部分ＴＸ／ＲＸスイッチ構成２５０のブロック図である。この実施形態では、共通ＰＡ－ＬＮＡインピーダンス（ＣＰＡｐ／ＬＮＡｓ）１４０は、ＬＮＡ回路網インピーダンス（ＬＮＡＮ）２３０と直列組合せされる。ルックイン・インピーダンス２３１／２３５／２３２／２３４／１１５を示すためにＴＸ／ＲＸスイッチ構成要素が切断されて示されている。

【0058】

いくつかの実施形態では、ＬＮＡ回路網インピーダンス（ＬＮＡＮ）２３０が省略される。

【0059】

ＬＮＡ２２０はトランジスタＴ３およびＴ４が差動入力構成にあることを示すことに留意されたい。ＬＮＡ２２０はまた、単一のトランジスタ、たとえば単一のＴ３入力ステージと共に構成され得る。他の周知のＬＮＡ２２０構成が想定される。いくつかの実施形態では、ＬＮＡ２２０は、ＬＮＡ２２０入力インピーダンス（ＬＮＡｉ）２３１に影響を及ぼし得る入力ステージ・インピーダンス２２１を有する。

【0060】

受信モードでは、アンテナ１１０からの電力が、低雑音増幅器（ＬＮＡ）２２０入力整合回路網（ＬＮＡ－ＩＭ）２２５／２２５Ｓ／２２５Ｐを通じてＬＮＡ２２０入力（ＬＮＡｉ）２３１に移送される。

【0061】

前述のように、実施形態２００では、ＬＮＡ回路網インピーダンス（ＬＮＡＮ）２３０が、共通ＰＡ－ＬＮＡインピーダンス（ＬＮＡｐ／ＣＰＡｓ）１４０との受信並列組合せで接続される。さらに、実施形態２５０では、ＬＮＡ回路網インピーダンス（ＬＮＡＮ）２３０が、共通ＰＡ－ＬＮＡインピーダンス（ＣＰＡｐ／ＬＮＡ）１４０と直列に、受信直列組合せで接続される。最大電力移送、雑音指数の改善、および以下で説明される１つまたは複数のモード・スイッチ組合せのそれぞれでの効率的なＴＸ／ＲＸスイッチ動作を可能にする、ＬＮＡ２２０入力整合回路網（ＬＮＡ－ＩＭ）２２５／２２５Ｓ／２２５Ｐ内の他の直並列組合せが想定される。

【0062】

図３は、接続された構成要素との受信モード構成での、開位置のモード・スイッチ３５０を有する１つのＴＸ／ＲＸスイッチ構成実施形態３００のブロック図である。モード・スイッチ３５０は、受信モード（ＲＸ）で、ＬＮＡ回路網インピーダンス（ＬＮＡＮ２３０）と受信モード直並列組合せ３２５で共通ＰＡ－ＬＮＡインピーダンスＣＰＡｐ１４０を接続し得る。

【0063】

たとえば閉位置のモード・スイッチ３５０は、送信モード（ＴＸ）で、共通ＰＡ－ＬＮＡインピーダンス（ＣＰＡｐ）１４０およびＰＡ回路網インピーダンス（ＰＡＮ）１３０を送信直並列組合せ３２５で並列に接続する。したがって、モード・スイッチ３５０構成によって生み出される直並列組合せおよび他の構成によって決定される特定の制約内で共通ＰＡ－ＬＮＡ（ＣＰＡｐ／ＬＮＡｓ）インピーダンス１４０を設計することにより、ＰＡ－ＯＭ１２５およびＬＮＡ－ＩＭ２２５の入力インピーダンスまたは出力インピーダンスあるいはその両方は、ＴＸ／ＲＸスイッチ内の伝送線路を必要とすることなく、それぞれのＲＸおよびＴＸモードで、アンテナ接続１１１でのアンテナ１１０との間の電力伝送を最適化するように変化する。

【0064】

たとえば、図３の実施形態３００に示されるように、モード・スイッチが開位置で示されており、この実施形態３００では、開位置は、ＴＸ／ＲＸスイッチ３００のこの実施形態を受信モードに置く。この構成では、モード・スイッチ３５０は、共通インピーダンス１４０をＬＮＡ２２０ネットワーク・インピーダンス（ＬＮＡＮ）２３０と直列に接続する受信直並列組合せ３２５で共通ＰＡ－ＬＮＡインピーダンス１４０を接続する。

【0065】

いくつかの実施形態では、モード・スイッチ３５０を制御するデジタル制御／回路はまた、ＰＡ１２０を切断または電源遮断する（および場合によってはＬＮＡ２２０に電源を接続する）スイッチング（図示せず）を制御する。ＰＡ１２０が電源オフされ、ＬＮＡ２２０が電源オンされると、トランジスタＴ３が動作し、受信直並列組合せ３２５のこの実施形態は、オン状態のトランジスタＴ３を通じて、共通インピーダンス１４０をＬＮＡＮ２３０および（入力ステージ・インピーダンス２２１に関する）ＬＮＡ２２０入力インピーダンス（ＬＮＡｉ）２３１に直列に組み合わせる。したがって、アンテナ１１０接続１１１からの電力は、直列に接続されたインピーダンス１４０、２３０、および２３１を含む分圧器回路を通過する。

【0066】

いくつかの実施形態では、本明細書で開示される要件を満たす共通ＰＡ－ＬＮＡインピーダンス１４０の値が決定されると、ＬＮＡＮ２３０、入力ステージ・インピーダンス２２１、トランジスタＴ３、またはトランジスタＴ４、あるいはその組合せが、雑音を低減し（より低いＳ／Ｎ）、最大電力移送のためにインピーダンスを整合するように選択され得る。

【0067】

代替として、モード・スイッチ３５０を閉じることにより、ＴＸ／ＲＸスイッチ３００が送信モードに置かれる。モード・スイッチ３５０を閉じることにより、ＬＮＡ２２０に対する入力がグランドに短絡される。このモード・スイッチ３５０位置では、直並列組合せ３２５は、送信直並列組合せ３２５で、ＰＡ回路網インピーダンス（ＰＡＮ）１３０と並列に接続された共通インピーダンス（ＣＰＡｐ）１４０を有する。この送信モードでは、入力インピーダンス（ＰＡ－ＯＭｉ）１３５および出力インピーダンス（ＰＡ－ＯＭｏ）１３４を有するＰＡ整合回路網（ＰＡ－ＯＭ）１２５が、ＰＡ出力（ＰＡｏ）１２２のインピーダンスを入力ＰＡ－ＯＭｉ１３５に接続して整合し、（ＰＡ－ＯＭｏ）１３４をアンテナ１１０入力１１５に接続して整合する。したがって、共通ＰＡ－ＬＮＡインピーダンス（ＣＰＡｐ）１４０を正しく設計することにより、動作帯域幅内で最大電力がＰＡ１２０からアンテナ１１０接続１１１に供給される。

【0068】

図４は、構成４００内の代替位置のモード・スイッチ４５０と接続された構成要素を有する１つのＴＸ／ＲＸスイッチ構成代替実施形態４００のブロック図である。

【0069】

この実施形態では、モード・スイッチ４５０が閉位置にあるとき、ＴＸ／ＲＸスイッチ４００は受信モードにある。図７の説明を参照されたい。モード・スイッチ４５０が開位置にあるとき、ＴＸ／ＲＸスイッチ４００は送信モードにある。図８の説明を参照されたい。

【0070】

たとえば、受信モードのいくつかの実施形態では、電力がＰＡ１２０に対してスイッチオフされ、ＬＮＡ２２０に対してスイッチオンされ、トランジスタＴ３が動作する。この受信モード構成では、閉じたモード・スイッチ４５０はＰＡＮ１３０をグランドに短絡する。閉じたモード・スイッチ４５０はまた、共通ＰＡ－ＬＮＡインピーダンス（ＣＰＡｓ）１４０をアンテナ１１０と並列に接続し、ＬＮＡ回路網インピーダンス（ＬＮＡＮ）２３０および（入力ステージ・インピーダンス２２１に関する）入力インピーダンスＬＮＡｉ２３１の直列組合せと並列に接続する。たとえば、受信モードのこの実施形態では、モード・スイッチ４５０の構成は、ＣＰＡｓ１４０をＬＮＡＮ２３０と入力インピーダンスＬＮＡｉ２３１の直列接続と並列に接続する受信直並列組合せ４２５を作成する。

【0071】

モード・スイッチ４５０が開位置にあるとき、ＴＸ／ＲＸスイッチ４００は送信モードにある。たとえば、いくつかの実施形態では、ＬＮＡ２２０が電源オフされ、ＰＡ１２０が電源オンされる。ＰＡＮ１３０の両端間の電圧は、共通インピーダンスＣＰＡｓ１４０を通じてアンテナ１１０で振動電流を生み出す。

【0072】

図５Ａは、受信モード（ＲＸ）を構成する（開位置の）モード・スイッチ３５０を有し、共通ＰＡ－ＬＮＡインピーダンス（ＣＰＡｐ）１４０が受信モード直並列組合せ３２５のために設計される、図３に示される１つのＴＸ／ＲＸスイッチ実施形態３００のブロック図である。図５Ｂは、受信モード直並列組合せ３２５の回路図であり、共通ＰＡ－ＬＮＡインピーダンス（ＣＰＡｐ）１４０、ＬＮＡ回路網インピーダンス（ＬＮＡＮ）２３０、ＬＮＡ２２０入力インピーダンス（ＬＮＡｉ）２３１、およびアンテナ１１０が直列に接続される。

【0073】

いくつかの実施形態では、ＰＡがＯＦＦにされる。

【0074】

図６は、送信モードの図３に示される回路の単純化である、１つのＴＸ／ＲＸスイッチ実施形態６００のブロック図である。この実施形態では、モード・スイッチ３５０が閉位置にあり、ＴＸ／ＲＸスイッチを送信モード（ＴＸ）に構成し、構成要素が送信モードのために設計され、直並列組合せ３２５で接続される。

【0075】

閉モード・スイッチ３５０は、ＬＮＡＮ２３０ならびに入力インピーダンスＬＮＡｉ２３１をグランドに短絡する。いくつかの実施形態では、ＬＮＡ２２０も電源オフされる。閉じたモード・スイッチは、ＰＡＭネットワーク１２５、ＰＡ出力（ＰＡｏ）１２２、およびアンテナ１１０を並列に接続する。したがって、この送信モードでは、送信直並列組合せは、共通ＰＡ－ＬＮＡインピーダンス（ＣＰＡｐ）１４０と並列に接続されたＰＡ回路網（ＰＡＮ）インピーダンス１３０であり、それらはＰＡ１２０出力（ＰＡｏ）１２２およびアンテナ１１０とも並列に接続される。

【0076】

図７は、受信モード（ＲＸ）を構成する閉位置のモード・スイッチ４５０を有し、受信モード直並列組合せ４２５／７２５のために構成要素が設計され、構成される、図４に示される代替ＴＸ／ＲＸスイッチ実施形態７００のブロック図である。

【0077】

この受信モード直並列組合せ４２５／７２５では、ＰＡ１２０が電源オフされ得、ＰＡ１２０出力（ＰＡｏ）１２２がグランドに短絡される。入力インピーダンスＬＮＡｉ２３１、ＬＮＡＮ２３０、およびアンテナ１１０が直列に接続され、共通インピーダンスＣＰＡｓ１４０の両端間に並列に接続される。

【0078】

図８は、開位置のモード・スイッチ４５０を有する、図４に示されるＴＸ／ＲＸスイッチ実施形態８００のブロック図である。モード・スイッチ４５０は送信モード（ＴＸ）を構成しており、構成要素が送信モード直並列組合せ８２５のために設計され、送信モード直並列組合せ８２５で構成される。ＬＮＡ２２０は電源オフされ得る。アンテナ１１０共通インピーダンスＣＰＡｓ１４０、およびＰＡ回路網インピーダンス（ＰＡＮ）１３０が、この送信モード実施形態では直列に接続される。

【0079】

図９は、基板９９０、たとえば半導体基板９９０上に組み込まれた例示的ＴＸ／ＲＸスイッチ９００のブロック図である。ＴＸ／ＲＸスイッチは、基板９９０の表面上の最小限のフットプリント表面９９１を使用する。

【0080】

基板９９０は、半導体業界で周知の任意の互換基板、たとえば二酸化シリコンＳｉＯ２であり得る。構成要素ＰＡ１２０、ＰＡ－ＯＭ／ＰＡＭ１２５、ＬＮＡ２２０、ＬＮＡ－ＩＭ／ＬＮＡＭ２２５、およびモード・スイッチ９５０は、周知の方法で基板内に／または基板上に組み込まれる。

【0081】

一実施形態では、電源モジュール９２５が、ＰＡ１２０およびＰＡ－ＯＭ回路網１２５を含み、ＬＮＡモジュール９７５が、ＬＮＡ２２０およびＬＮＡ－ＩＭ２２５を含む。モード・スイッチ９５０は、開示されるモードおよび構成のいずれかで接続し得る。ここで開示される概念に適合する他の構成が想定される。

【0082】

いくつかの実施形態では、アンテナ１１０と電力増幅器モジュール９２５との間、またはアンテナ１１０とＬＮＡモジュール９７５との間でインピーダンスを整合するために伝送線路が不要であるので、フットプリント表面９９１が最小限に抑えられる。共通インピーダンス１４０のスイッチング９５０により、アンテナ接続１１１とＰＡ回路網インピーダンス（ＰＡＮ）１３０（ＰＡＮ接続１１２）との間のワイヤ接続が可能となる。さらに、共通インピーダンス１４０のスイッチング９５０により、アンテナ接続１１１とＬＮＡ回路網インピーダンス（ＬＮＡＮ）２３０（ＬＮＡＮ接続２２９）との間のワイヤ接続が可能となる。

【0083】

アンテナ接続１１１とＰＡＮ接続１１２との間の距離は、ＰＡＮ接続長１１２Ｌを有する。アンテナ接続１１１とＬＮＡ接続２２９との間の距離は、ＬＮＡ接続長２２９Ｌを有する。ＰＡＮ長１１２ＬおよびＬＮＡ接続長２２９Ｌはそれぞれ、λ／４、すなわちアンテナ動作周波数の基板内の波長λの４分の１以下の長さを有する。

【0084】

いくつかの実施形態では、共通構成要素ＣＰＡｐ／ＣＰＡｓ１４０は、上記の説明の設計条件で定義される、特定の選択されたインピーダンス値を有する。さらに、前述のように、共通構成要素１４０は、受信モードおよび送信モードで電力移送を最大にし、雑音を最小限に抑えるように、モード・スイッチ９５０によってそれぞれの受信および送信直並列構成に構成される。したがって、構成要素のインピーダンス整合を実現するために、基板９９０上に伝送線路を有し、または基板９９０内に伝送線路を組み込む必要はない。その結果、チップ９５０のサイズが大幅に削減され得る。

【0085】

基板９９０上のアンテナ接続１１１とアンテナ１１０との間の接続は通常は伝送線路９１０であることに留意されたい。しかしながら、伝送線路９１０はＴＸ／ＲＸスイッチ実施形態９００の外部にあり、基板９９０／チップ内のどんな空間も使用しない。

【0086】

図１０は、開示されるＴＸ／ＲＸスイッチ実施形態のいずれかを使用するスイッチング・プロセス１０００の流れ図である。

【0087】

スイッチング・プロセス１０００はステップ１００５から始まり、第１のモード、すなわち受信モードまたは送信モードがモード・スイッチ３５０／４５０／９５０によって選択される。

【0088】

ステップ１０１０は、選択されたモードで使用されない増幅器を電源オフする任意選択のステップである。たとえば、受信モードでは、ＰＡ１２０が電源オフされ、送信モードでは、ＬＮＡ２２０が電源オフされる。使用中の増幅器もモード・スイッチによって電源オンされ得る。

【0089】

ステップ１０１５では、モード・スイッチ３５０／４５０／９５０は、選択されたモードに対応する直並列組合せに共通インピーダンス１４０を構成する。たとえば、受信モードでは、受信直並列組合せは、共通ＰＡ－ＬＮＡインピーダンス、たとえば１４０を使用し、送信モードでは、送信直並列組合せは、同一の共通ＰＡ－ＬＮＡインピーダンス、たとえば１４０を使用する。

【0090】

ステップ１０２０では、モード・スイッチ３５０／４５０／９５０によって行われるモード選択が変更される。第１のモード、たとえば選択された送信モードが選択解除され、第２のモード、たとえば受信モードが選択される。モード変更は、モード・スイッチの位置を変更することによって達成される。いくつかの実施形態では、モード・スイッチ３５０／４５０／９５０は、バイポーラ・トランジスタまたは金属酸化物半導体トランジスタのようなスイッチング・トランジスタである。

【0091】

いくつかの実施形態では、モード・スイッチ３５０／４５０／９５０は、選択されたモードのうちの１つで「オフ状態」となるように設計され、その結果、モード・スイッチ３５０／４５０／９５０に対する電力は、モード選択のうちの１つで印加されるだけである。このようにして、モード・スイッチ３５０／４５０／９５０が（送信または受信）モードのうちの１つで必要とされる／使用されるだけであるので、電力が節約される。

【0092】

ステップ１０２５は、選択解除されたモードで使用された増幅器１２０／２２０を電源オフし、最後に選択されたモードで使用される増幅器１２０／２２０を電源オンする任意選択のステップである。

【0093】

ステップ１０３０では、モード・スイッチ３５０／４５０／９５０は、同一の共通インピーダンス１４０を、新たに／最後に選択されたモードに対応する直並列組合せに構成する。たとえば、新たに／最後に選択されたモードが受信モードである場合、受信直並列組合せがモード・スイッチ３５０／４５０／９５０によって構成され、任意選択でＰＡ１２０が電源オフされ、送信直並列組合せが構成解除される。

【0094】

ＲＸモードとＴＸモードとの間のスイッチング動作のために追加のλ／４伝送線路が不要であるので、受信モード（ＲＸ）での雑音指数（ＮＦ）および送信モード（ＴＸ）でのＰＡ圧縮ポイント（すなわち、出力パワー）が共に改善される。したがって、本発明を使用することにより、従来技術で使用されるλ／４伝送線路によって追加される余分な挿入損失を受けず、したがってＮＦおよび出力パワーが低下しない。

【0095】

たとえば、従来技術でのモード・スイッチングは、スイッチを使用して、λ／４伝送線路をグランドに短絡し、または線路を高インピーダンス状態に開くことに依拠する。こうした変換は動作し、特定の設計周波数に限定される。しかしながら、本発明は、こうした制限を回避し、広帯域にわたって動作する。

【0096】

本発明の様々な実施形態の説明は、例示のために提示されたのであるが、網羅的なものではなく、開示された実施形態に限定されないものとする。記載の実施形態の範囲から逸脱することなく、多くの修正形態および変形形態が当業者には明らかとなるであろう。本明細書で用いられる用語は、実施形態の原理、市場で見つかる技術に勝る実際の応用もしくは技術的改善を最良に説明するために、または本明細書で開示される実施形態を当業者が理解することを可能にするために選ばれたものである。実質的に同一の機能を実施し、実質的に同様に機能し、実質的に同一の用途を有し、かつ／または類似のステップを実施する、異なる用語で説明されたデバイス、構成要素、要素、特徴、装置、システム、構造、技術、および方法が、本発明の実施形態として企図される。

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【国際調査報告】