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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorspannungsschaltung und ein
diese benutzendes Funkverbindungsgerät und insbesondere eine Vorspannungsschaltung
zum Anlegen einer Vorspannung an ein Gate eines FET und ein Funkverbindungsgerät beispielsweise
ein Zellulartelefon oder ein schnurloses Telefon, das diese als
eine Gate-Vorspannungsschaltung für einen RF-Verstärkungs-FET in
einem Übertragungssystem
desselben benutzt.
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Bei
einem RF-Band (RF = radio frequency (Radio- bzw. Funkfrequenz)),
insbesondere einem Mikrowellenband, wird ein N-Kanal-FET mit exzellenten
RF-Charakteristiken
wie beispielsweise ein GaAs-FET benutzt. Bei einer den FET benutzenden Schaltung
ist eine herkömmliche
Vorspannungsschaltung zum Anlegen einer Vorspannung an ein Gate
des FET generell konfiguriert, um eine geteilte Spannung, die durch
Teilen einer Energieversorgungsspannung mittels eines Widerstands
erhalten wird, als eine Gate-Vorspannung für den FET zu benutzen.
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Die
Gate-Vorspannung der so konfigurierten Vorspannungsschaltung für den FET
ist durch die Spannungsteilerwiderstände eindeutig bestimmt. Andererseits
variieren Funkfrequenz-FETs wie beispielsweise GaAs-FETs zwischen
Produktionslosen stark in der Schwellenspannung Vth, und deshalb
erzeugt das Widerstandsteilersystem, bei dem die Gate-Vorspannung
eindeutig bestimmt ist, eine große Variation beim Blind- bzw.
Leerlauf- bzw. Ruhestrom (idle current) Idsq.
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Wegen
der Variation beim Ruhestrom Idsq kann infolgedessen die das Widerstandsteilersystem anwendende
herkömmliche
Vorspannungsschaltung kein spezifiziertes Betriebsverhalten bzw.
keine spezifizierte Leistung abgeben, und deshalb ist eine Einstellung
wie beispielsweise eine Änderung
der Spannungsteilerwiderstände
erforderlich. Da überdies
die durch das Widerstandsteilersystem erhaltene Vorspannung der
herkömmlichen
Vorspannungsschaltung fest ist, bewirkt eine Variation in den Charakteristiken
des FET aufgrund einer Temperaturvariation oder dgl., dass der Ruhestrom
Idsq der Variation in den Charakteristiken des FET entsprechend
variiert.
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Aus
dem Stand-der-Technik-Dokument
EP
0 942 524 ist ein Funkfrequenzverstärker bekannt, der einen mit
einer Temperaturkompensation versehenen Leistungstransistor aufweist.
Aus dem Dokument
EP 0 475 507 ist
auch eine Verstärkeranordnung
bekannt, die eine Treiberstufe aufweist, welche Treiberstufe ein
differenzielles Paar Transistoren aufweist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die obigen Probleme gemacht
worden, und es ist demgemäss
eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorspannungsschaltung
und ein diese benutzendes Funkverbindungsgerät bereitzustellen, die es möglich machen,
den Ruhestrom ungeachtet einer Variation der Charakteristiken von
FETs zwischen FET-Produktionslosen und einer Änderung der Charakteristiken
der FETs aufgrund einer Temperaturvariation oder dgl. konstant machen
und auch den Stromverbrauch auf einen niedrigen Pegel zu reduzieren.
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Zur
Lösung
der obigen Aufgabe ist gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Vorspannungsschaltung bereitgestellt,
die aufweist: eine Überwachungsschaltung,
die einen zweiten FET und einen mit einer Drain des zweiten FET
verbundenen Widerstand zur Überwachung
eines Drainstromes eines ersten FET, an den eine Gate-Vorspannung
anzulegen ist, aufweist, eine Differenzschaltung, die einen dritten
FET mit einem Gate, an das eine Referenzspannung angelegt ist, einen
vierten FET mit einem Gate, das mit der Drain des zweiten FET verbunden
ist, wobei eine Source des dritten FET und die des vierten FET mit
einem gemeinsamen Punkt verbunden sind, und Widerstände, die
mit jeweils einer Drain des dritten FET bzw. des vierten FET verbunden
sind, aufweist, und einen fünften
FET, der eine mit einer gemeinsamen Source des dritten FET und des
vierten FET verbundene Drain aufweist, wobei eine Drainspannung
des dritten FET zu einem Gate des ersten FET und das des zweiten
FET rückgekoppelt
ist und eine Drainspannung des vierten FET zu einem Gate des fünften FET
rückgekoppelt ist.
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Demgemäß überwacht
die Vorspannungsschaltung mit der obigen Konfiguration den Drainstrom
des ersten FET durch den zweiten FET mittels des Widerstands und
vergleicht mittels des dritten FET und des vierten FET der Differenzschaltung
einen Spannungsabfall am Widerstand mit der Referenzspannung. Dann
rückkkoppelt
die Vorspannungsschaltung die Drainspannung des dritten FET zu den
Gates des ersten FET und des zweiten FET und rückkoppelt die Drainspannung
des vierten FET zum Gate des fünften
FET. Wenn infolgedessen die Energieversorgungsspannung oder die
FET-Schwellenspannung von einem Standardwert abweicht, werden die
Ströme
des dritten FET und des vierten FET zueinander gleich gehalten,
und folglich wird der Spannungsabfall am Stromüberwachungswiderstand gleich
der Referenzspannung gehalten.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Schaltbild einer Vorspannungsschaltung gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
ein Schaltbild einer Vorspannungsschaltung gemäß einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 ist
ein Vth-Idsq-Charakteristikdiagramm, das ein Simulationsresultat
für die
Vorspannungsschaltung gemäß der zweiten
Ausführungsform
zeigt;
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4 ist
ein Schaltbild einer Vorspannungsschaltung gemäß einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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5 ist
ein Schaltbild einer Vorspannungsschaltung gemäß einer vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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6 ist
ein Schaltbild einer Vorspannungsschaltung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung; und
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7 ist
ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines vorderen RF-Endabschnitts eines
CDMA-Typ-Zellulartelefonsystems zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen
im Detail beschrieben.
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[Erste Ausführungsform]
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1 ist
ein Schaltbild einer Vorspannungsschaltung gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Nach 1 weist
ein RF-Verstärkungs-FET 111 eine
geerdete Source, ein mit einem Eingangsanschluss 121 verbundenes Gate
und eine mit einem Ausgangsanschluss 122 verbundene Drain
auf.
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Eine
in einer Vorspannungsschaltung 100 erhaltene Gate-Vorspannung
wird an das Gate des RF-Verstärkungs-FET 111 angelegt.
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Bei
der Vorspannungsschaltung 100 ist jeweils ein Ende von
Lase- bzw. Lastwiderständen 141 und 142 und
eines Stromüberwachungswiderstands 143 mit
einer gemeinsamen positiven Elektrode einer Referenzspannungsquelle 131 verbunden.
Eine negative Elektrode der Referenzspannungsquelle 131 ist
geerdet. Die anderen Enden der Lastwiderstände 141 und 142 sind
mit Drains von FETs 112 bzw. 113 verbunden. Die
FETs 112 und 113 weisen mit einem gemeinsamen
Punkt verbundene Sources auf und bilden dadurch ein differenzielles
Paar. Insbesondere bilden die FETs 112 und 113 und
die Lastwiderstände 141 und 142 einen
Differenzverstärker
(Differenzschaltung).
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Ein
Gate des FET 112 ist mit einer positiven Elektrode einer
Referenzspannungsquelle 132 verbunden. Eine negative Elektrode
der Referenzspannungsquelle 132 ist geerdet. Ein Gate des
FET 113 ist mit dem anderen Ende des Stromüberwachungswiderstands 143 verbunden.
Die gemeinsame Source der FETs 112 und 113 ist
mit einer Drain eines FET 114 verbunden. Der FET 114 weist
eine geerdete Source und ein mit der Drain des FET 113 und
einem Ende eines Widerstands 144 verbundenes Gate auf und
fungiert als eine gemeinsame Stromquelle für das differenzielle Paar FETs 112 und 113.
Das andere Ende des Widerstands 144 ist geerdet.
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Das
Gate des FET 113 ist mit einer Drain eines FET 115 verbunden.
Eine Source des FET 115 ist geerdet, während sein Gate mit der Drain
des FET 112 und einem Ende eines Widerstands 145 verbunden
ist. Das andere Ende des Widerstands 145 ist geerdet. Das
Gate des FET 115 ist auch mit dem Gate des RF-Verstärkungs-FET 111 verbunden.
Infolgedessen bilden der FET 115 und der mit der Drain des
FET 115 verbundene Stromüberwachungswiderstand 143 eine Überwachungsschaltung
zur Überwachung
eines Drainstroms des RF-Verstärkungs-FET 111.
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Bei
der oben beschriebenen Konfiguration wird ein Skalierungsgesetz
zum Gelten zwischen dem FET 111 und dem FET 115 oder
zum Gelten mit einem gewissen Versatz zwischen dem FET 111 und dem
FET 115 gesetzt. Ein Skalierungsgesetz ist ein Bezugsgesetz,
das beschreibt, wie Designparameter wie beispielsweise Kapazität, Widerstand,
Verdrahtungsverzögerungszeit
und Leistungsverbrauch geändert
werden, wenn Einrichtungsdimensionen wie beispielsweise Gatelänge und
Gatebreite maßstäblich vergrößert oder
verkleinert werden.
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Als
Nächstes
wird die Arbeitsweise der so konfigurierten Vorspannungsschaltung 100 gemäß der ersten
Ausführungsform
beschrieben. In diesem Fall muss die Schwellenspannung Vth des FET 111 und
des FET 115 nicht notwendigerweise vom gleichen Wert sein,
sondern die Werte können
einen Versatz aufweisen. Für
eine einfache Beschreibung wird jedoch ein Fall betrachtet, bei
dem die Schwellenspannungen Vth des FET 111 und des FET 115 den gleichen
Wert aufweisen.
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Wenn
die Schwellenspannung Vth des RF-Verstärkungs-FET 111 niedrig
ist, ist die des FET 115, der den gleichen Vth-Schwellenspannungswert aufweist,
auch niedrig. Da die Schwellenspannung Vth des FET 115 niedrig
ist, wird ein Drain-zu-Source-Strom
des FET 115 erhöht,
während
eine an das Gate des FET 113 angelegte Spannung erniedrigt wird.
Dann wird ein Drain-zu-Source-Strom des FET 113 erniedrigt.
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Wenn
der Drain-zu-Source-Strom des FET 113 erniedrigt wird,
wird eine an das Gate des FET 114 angelegte Spannung erhöht. Dann
wird ein Drain-zu-Source-Strom
des FET 114 erhöht.
Folglich wird ein Drain-zu-Source-Strom des FET 112 erhöht, und
eine an die Gates der FETs 111 und 115 angelegte
Spannung wird erniedrigt. Dann wird ein durch die FETs 111 und 115 fließender Strom
erniedrigt.
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Wenn
infolgedessen der FET 111 eine niedrige Schwellenspannung
Vth und einen großen
Ruhestrom Idsq aufweist, arbeitet die Vorspannungsschaltung 100 zum
Erniedrigen des Ruhestroms Idsq. Wenn andererseits der FET 111 eine
hohe Schwellenspannung Vth und einen niedrigen Ruhestrom Idsq aufweist,
arbeitet die Vorspannungsschaltung 100 zum Erhöhen des
Ruhestroms Idsq.
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Die
Schaltung wird dann in einem gewissen Gleichgewichtszustand stabilisiert.
Wenn dieser stabile Zustand einen gewünschten Ruhestrom Idsq liefert,
kann der Ruhestrom Idsq ungeachtet einer Differenz in der Schwellenspannung
Vth des FET konstant gehalten werden. Da die FETs 111 und 112 aufgrund
einer Temperaturvariation oder dgl. auch in den Charakteristiken
variieren, wird der Ruhestrom Idsq konstant gehalten.
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Dies
gilt, da, wenn der Ruhestrom Idsq des FET 111 aufgrund
einer Temperaturvariation erhöht wird,
der Drain-zu-Source-Strom des FET 115 gleichzeitig erhöht wird
und deshalb die Vorspannungsschaltung 100 zum Erniedrigen
des Ruhestroms Idsq arbeitet, und wenn der Ruhestrom Idsq erniedrigt wird,
die Vorspannungsschaltung 100 zum Erhöhen des Ruhestroms Idsq arbeitet.
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Selbst
in einem Fall, bei dem ein Skalierungsgesetz mit einem Versatz zwischen
dem FET 111 und dem FET 115 gilt, wird, wenn die
Schaltungskonstanten im Hinblick auf den Betrag des Versatzes bestimmt
werden, der Ruhestrom Idsq aus dem gleichen Grund wie oben beschrieben
konstant gehalten.
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Als
Nächstes
wird eine Beschreibung einer Rückkopplung
von der Drain des FET 113 zum FET 114 oder die
Gemeinsamsource-Stromquelle für
das differenzielle Paar FETs 112 und 113 (nachfolgend als
eine Gemeinsammodusrückkopplung
bezeichnet), gegeben, wobei die Rückkopplung für einen
akkuraten Betrieb der Vorspannungsschaltung 112 erdacht
worden ist.
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Für einen
akkuraten Betrieb der Vorspannungsschaltung 100 müssen die
Spannung der Referenzspannungsquelle 132 und ein Spannungsabfall am
Stromüberwachungswiderstand 143 ungeachtet Zuständen bzw.
Bedingungen im Wesentlichen zueinander gleich gehalten werden. Um
dies zu erreichen, dürfen
die Gate-zu-Source-Spannungen der FETs 112 und 113 unter
Zuständen
bzw. Bedingungen nicht stark variieren. Jedoch variiert ein durch den
Lastwiderstand 141 fließender Strom abhängig von
der Schwellenspannung Vth der FETs 111 und 114 sowie
eine Energieversorgungsspannung (Spannung der Referenzspannungsquelle 131).
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Wenn
folglich der FET 114 eine Konstantstromquelle ist, ist
es nicht möglich,
Ströme
der FETs 112 und 113 ungeachtet Zuständen bzw.
Bedingungen konstant zu halten. Während der oben erwähnte Zustand
bzw. die oben erwähnte
Bedingung durch Ersetzen des Lastwiderstandes 141 durch
eine Stromquelle erfüllt
werden kann, wenn ein P-Kanal-FET oder ein Verarmungsmodus-N-Kanal-FET benutzt
werden kann, ist es schwierig, eine Stromquelle des Stromquellentyps
nur mit einem N-Kanal-FET und einem Widerstand zu bilden.
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Als
ein mögliches
Verfahren können
Stromdichten des differenziellen Paars FETs 112 und 113 sehr
klein eingestellt werden, so dass die FETs in der Nähe der Schwellenspannung
Vth arbeiten. Jedoch bedeutet eine Erniedrigung der Stromdichten
ein Größereinstellen
der baulichen Größe der FETs 112 und 113 und
resultiert deshalb in einer größeren Chipgröße.
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Infolgedessen
ist die Vorspannungsschalten 100 gemäß der ersten Ausführungsform
konfiguriert, um den Strom des FET 113 entsprechend zu ändern, wenn
der Strom des FET 112 variiert, und nicht die Ströme des Lastwiderstands 141 und
des FET 112 konstant zu halten.
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Zuerst
werden bauliche Größen und
Ströme der
FETs 111, 115 und 114 so eingestellt,
dass die Gate-zu-Source-Spannungen der FETs 111 und 115 unter
normalen Betriebszuständen
bzw. -bedingungen im Wesentlichen gleich der des FET 114 werden. Es
sei beispielsweise angenommen, dass die Energieversorgungsspannung
erhöht
ist. Damit die Ströme
der FETs 111 und 115 konstant gehalten werden, muss
der Betrag der Änderung
der Energieversorgungsspannung als eine Änderung des Spannungsabfalls
des Lastwiderstands 141 absorbiert werden. Infolgedessen
muss der Strom des FET 112 erhöht werden.
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Wenn
der FET 114 eine Konstantstromquelle ist, verursacht die
Erhöhung
des Stroms des FET 112 eine Erniedrigung des Stroms des
FET 113, was in einer großen Differenz zwischen den
Drain-zu-Source-Spannungen der FETs 112 und 113 resultiert. Deshalb
können
die Spannung der Referenzspannungsquelle 132 und der Spannungsabfall
am Stromüberwachungswiderstand 143 nicht
konstant gehalten werden, und die Ströme der FETs 111 und 115 werden
aufgrund einer Variation der Energieversorgungsspannung unvermeidlich
variiert.
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Wenn
die Energieversorgungsspannung erhöht wird, arbeitet die Vorspannungsschaltung 100 gemäß der ersten
Ausführungsform,
um die Gate-zu-Source-Spannung
des FET 114 über
den Lastwiderstand 142 zu erhöhen und dadurch seinen Strom
zu erhöhen.
Infolgedessen wird die Gate-zu-Source-Spannung des FET 114 nicht
groß geändert, während sein
Strom erhöht
wird, wodurch der Strom des FET 113 auch erhöht wird.
Als ein Resultat werden die Ströme
der FETs 112 und 113 im Wesentlichen zueinander
gleich gehalten, und der Spannungsabfall am Widerstand 143 wird
gleich der Referenzspannung der Referenzspannungsquelle 132.
Es ist selbstevident, dass im Wesentlichen das Gleiche gilt, wenn
die Schwellenspannung Vth der FETs geändert werden, und deshalb wird
die Beschreibung fortgelassen.
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Wie
oben beschrieben fühlt
die Vorspannungsschaltung 100 gemäß der ersten Ausführungsform
eine Variation des Stroms des FET 115 ab, der die gleiche
Schwellenspannung Vth wie der RF-Verstärkungs-FET 111 oder
die gleiche Schwellenspannung Vth wie der RF-Verstärkungs-FET 111 mit
einem gewissen Versatz aufweist, und arbeitet dann, um den durch
den RF-Verstärkungs-FET 111 fließenden Ruhestrom
Idsq immer konstant zu halten. Deshalb ist es möglich, den Ruhestrom Idsq ungeachtet einer
Variation der Schwellenspannung Vth der FETs konstant zu halten.
Da außerdem
die FETs das Skalierungsgesetz erfüllen, kann die Gatebreite des
FET 115 wesentlich kleiner gemacht werden, als die des RF-Verstärkungs-FET 111,
wodurch es möglich
wird, den Stromverbrauch auf einen niedrigen Pegel zu reduzieren.
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Überdies
wird dem FET 115 zur Überwachung
der Schwellenspannung Vth des FET 111 über die durch die FETs 112 und 113 gebildete
Differenzschaltung eine Spannung zugeführt und ist deshalb für Variationen
der Referenzspannungen der Referenzspannungsquellen 131 und 132 unempfindlich. Wenn
außerdem
die Charakteristiken des FET 111 aufgrund einer Temperaturvariation
oder dgl. variiert werden, variieren gleichzeitig die Charakteristiken des
FET 115, und folglich wird der Ruhestrom Idsq konstant
gehalten. Die wie oben beschriebene Vorspannungsschaltung 100 kann
nur durch begrenzte Schaltungskomponenten wie beispielsweise N-Kanal-FETs und Widerstände einfach
gebildet werden.
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[Zweite Ausführungsform]
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2 ist
ein Schaltbild einer Vorspannungsschaltung gemäß einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Bei 2 weist
ein RF-Verstärkungs-FET 211 eine
geerdete Source, ein mit einem Eingangsanschluss 221 verbundenes
Gate und eine mit einem Ausgangsanschluss 222 verbundene Drain
auf. Eine in einer Vorspannungsschaltung 200 erhaltene
Gate-Vorspannung wird an das Gate des RF-Verstärkungs-FET 211 angelegt.
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Bei
der Vorspannungsschaltung 200 ist jeweils ein Ende von
Lade- bzw. Lastwiderständen 241 und 242 und
eines Stromüberwachungswiderstands 243 mit
einer gemeinsamen positiven Elektrode einer Referenzspannungsquelle 231 verbunden.
Eine negative Elektrode der Referenzspannungsquelle 231 ist
geerdet. Die anderen Enden der Lastwiderstände 241 und 242 sind
mit Drains von FETs 212 bzw. 213 verbunden. Die
FETs 212 und 213 weisen Sources auf, die mit einem
gemeinsamen Punkt verbunden sind und dadurch ein Differenzpaar bilden.
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Ein
Gate des FET 212 ist mit einer positiven Elektrode einer
Referenzspannungsquelle 232 verbunden. Eine negative Elektrode
der Referenzspannungsquelle 232 ist geerdet. Ein Gate des
FET 213 ist mit dem anderen Ende des Stromüberwachungswiderstands 243 verbunden.
Die gemeinsame Source der FETs 212 und 213 ist
mit einer Drain eines FET 214 verbunden.
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Der
FET 214 weist eine geerdete Source und ein mit einem Ende
eines Widerstands 244 verbundenes Gate auf und arbeitet
als eine Gemeinsamsource-Stromquelle
für das
differenzielle Paar FETs 212 und 213. Das andere
Ende des Widerstands 244 ist geerdet. Das Gate des FET 214 ist
mit einer Kathode einer Diode 251 verbunden. Ein Anode der
Diode 251 ist mit der Drain des FET 213 verbunden.
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Das
Gate des FET 213 ist mit einer Drain eines FET 215 verbunden.
Eine Source des FET 215 ist geerdet, während sein Gate mit einer Kathode
einer Diode 252 und einem Ende eines Widerstands 245 verbunden
ist. Eine Anode der Diode 252 ist mit der Drain des FET 212 verbunden.
Das andere Ende des Widerstands 245 ist geerdet. Das Gate
des FET 215 ist auch mit dem Gate des RF-Verstärkungs-FET 211 verbunden.
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Als
Nächstes
wird die Arbeitsweise der so konfigurierten Vorspannungsschaltung 200 gemäß der zweiten
Ausführungsform
beschrieben.
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Wenn
die Schwellenspannung Vth des RF-Verstärkungs-FET 211 niedrig
ist, ist die des FET 215, der den gleichen Wert der Schwellenspannung Vth
aufweist, auch niedrig. Da die Schwellenspannung Vth des FET 215 niedrig
ist, wird ein Drain-zu-Source-Strom
des FET 215 erhöht,
während
eine an das Gate des FET 213 angelegte Spannung erniedrigt
wird. Dann wird ein Drain-zu-Source-Strom des FET 213 erniedrigt,
wobei eine an die Anode der Diode 251 angelegte Spannung
erhöht wird.
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Da
ein Spannungsabfall der Diode als konstant angesehen werden kann,
wird eine an das Gate des FET 214 angelegte Spannung erhöht. Dann
wird ein Drain-zu-Source-Strom
des FET 214 erhöht. Folglich
wird ein Drain-zu-Source-Strom des FET 212 erhöht, während eine
an die Anode der Diode 252 angelegte Spannung erniedrigt
wird. Als ein Resultat eines Spannungsabfalls an der Diode 252 wird eine
an die Gates der FETs 211 und 215 angelegte Spannung
erniedrigt, und dann wird der Drain-zu-Source-Strom des FET 215 erniedrigt.
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Da
ein durch das Gate des RF-Verstärkungs-FET 211 fließender Strom
vernachlässigbar ist,
können
an die Gates der FETs 211 und 215 angelegte Spannungen
als zueinander gleich angesehen werden. Folglich arbeitet die Vorspannungsschaltung 200,
wenn der FET 211 eine niedrige Schwellenspannung Vth und
einen großen
Ruhestrom Idsq aufweist, zum Erniedrigen des Ruhestroms Idsq.
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Die
Schaltung ist dann in einem gewissen Gleichgewichtszustand stabilisiert.
Wenn dieser stabile Zustand einen gewünschten Ruhestrom Idsq liefert,
kann der Ruhestrom Idsq ungeachtet einer Differenz in der Schwellenspannung
Vth des FET konstant gehalten werden. Da die FETs 211 und 215 aufgrund
einer Temperaturvariation oder dgl. auch in den Charakteristiken
variieren, wird der Ruhestrom Idsq konstant gehalten.
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Ein
Simulationsresultat für
die Vorspannungsschaltung 200 gemäß der zweiten Ausführungsform
ist in 3 gezeigt. Bei der Figur zeigt eine durchgezogene
Linie (A) ein Resultat für
die zweite Ausführungsform
an, und eine gestrichelte Linie (B) zeigt ein Resultat für den Stand
der Technik. Wie aus den Simulationsresultaten klar hervorgeht, wird
der Ruhestrom Idsq des Standes der Technik (B) mit der Schwellenspannung
Vth monoton erniedrigt, wohingegen die zweite Ausführungsform
(A) einen Bereich aufweist, bei dem der Ruhestrom Idsq in Bezug
auf die Schwellenspannung Vth konstant ist.
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Die
Vorspannungsschaltung 200 gemäß der zweiten Ausführungsform
ist durch Hinzufügung
der Dioden 251 und 252 zur Vorspannungsschaltung 100 gemäß der ersten
Ausführungsform
gebildet. Infolgedessen stellt die zweite Vorspannungsschaltung
gemäß der zweiten
Ausführungsform
zusätzlich
zu den vorhergehenden Effekten der Vorspannungsschaltung 100 gemäß der ersten
Ausführungsform
einen Effekt bereit, der ermöglicht,
dass das differenzielle Paar FETs 212 und 213 und
der Stromquellen-FET 214 in einem Sättigungsbereich arbeiten, selbst wenn
die Gatesspannungen der FETs 211 und 215 niedrig
eingestellt werden.
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[Dritte Ausführungsform]
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4 ist
ein Schaltbild einer Vorspannungsschaltung gemäß einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Bei 4 weist
ein RF-Verstärkungs-FET 311 eine
geerdete Source, ein mit einem Eingangsanschluss 321 verbundenes
Gate und eine mit einem Ausgangsanschluss 323 verbundene Drain
auf. Eine in einer Vorspannungsschaltung 300 erhaltene
Gate-Vorspannung wird an das Gate des RF-Verstärkungs-FET 311 angelegt.
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Bei
der Vorspannungsschaltung 300 ist jeweils ein Ende von
Lade- bzw. Lastwiderständen 341 und 342 und
eines Stromüberwachungswiderstands 343 mit
einer gemeinsamen positiven Elektrode einer Referenzspannungsquelle 331 verbunden.
Eine negative Elektrode der Referenzspannungsquelle 331 ist
geerdet. Die anderen Enden der Lastwiderstände 341 und 342 sind
mit Drains von FETs 312 bzw. 313 verbunden. Die
FETs 312 und 313 weisen mit einem gemeinsamen
Punkt verbundene Sources auf und bilden dadurch ein differenzielles
Paar.
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Ein
Gate des FET 312 ist mit einer positiven Elektrode einer
Referenzspannungsquelle 332 verbunden. Eine negative Elektrode
der Referenzspannungsquelle 332 ist geerdet. Ein Gate des
FET 313 ist mit dem anderen Ende des Stromüberwachungswiderstands 343 verbunden.
Die gemeinsame Source der FETs 312 und 313 ist
mit einer Drain eines FET 314 verbunden.
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Der
FET 314 weist eine geerdete Source und ein mit einem Ende
eines Widerstands 344 verbundenes Gate auf und arbeitet
als eine Gemeinsamsource-Stromquelle
für das
differenzielle Paar FETs 312 und 313. Das andere
Ende des Widerstands 344 ist geerdet. Das Gate des FET 314 ist
mit einer Kathode einer Diode 351 verbunden. Eine Anode
der Diode 351 ist mit der Drain des FET 313 verbunden.
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Das
Gate des FET 313 ist mit einer Drain eines FET 315 verbunden.
Eine Source des FET 315 ist geerdet, während sein Gate mit einer Kathode
einer Diode 352 und einem Ende eines Widerstands 345 verbunden
ist. Eine Anode der Diode 352 ist mit der Drain des FET 312 verbunden.
Das andere Ende des Widerstands 345 ist geerdet. Das Gate
des FET 315 ist auch mit einem Ende eines Widerstands 346 verbunden.
Das andere Ende des Widerstands 346 ist mit dem Gate des
RF-Verstärkungs-FET 311 verbunden.
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Die
so konfigurierte Vorspannungsschaltung 300 gemäß der dritten
Ausführungsform
ist durch Einsetzen des Widerstands 346 zwischen das Gate des
FET 311 und das Gate des FET 315 in der Vorspannungsschaltung 200 gemäß der zweiten
Ausführungsform
gebildet. Infolgedessen weist die Vorspannungsschaltung 300 gemäß der dritten
Ausführungsform
zusätzlich
zu den vorhergehenden Effekten der Vorspannungsschaltung 200 gemäß der zweiten
Ausführungsform
einen Effekt auf, dass der Widerstand 346 verhindert, dass
ein in den RF-Verstärkungs-FET 311 einzugebendes
RF-Signal in die Vorspannungsschaltung 300 eingegeben wird.
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Da
ein durch das Gate des FET fließender Strom
generell vernachlässigbar
ist, wird es so gesehen, dass eine von der Diode 352 zugeführte Spannung,
so wie sie ist, an das Gate des RF-Verstärkungs-FET 311 angelegt
wird. Wenn jedoch der durch das Gate des RF-Verstärkungs-FET 311 fließende Strom
groß ist
und ein Spannungsabfall am Widerstand 346 die Vorspannung
beeinflusst, kann anstelle des Widerstands 346 ein Induktor
benutzt werden. Dies macht es möglich,
die Eingabe eines RF-Signals in die Vorspannungsschaltung 300 ohne Erzeugung
eines Spannungsabfalls aufgrund des Gatestroms zu blockieren.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass die dritte Ausführungsform durch Als-Beispiel-Nehmen eines Falls
beschrieben worden ist, bei dem der Vorspannungsschaltung 200 gemäß der zweiten
Ausführungsform
der Widerstand 246 (oder ein Induktor) hinzugefügt ist,
jedoch kann die dritte Ausführungsform
natürlich
auf die Vorspannungsschaltung 100 gemäß der ersten Ausführungsform
einfach angewendet werden.
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[Vierte Ausführungsform]
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5 ist
ein Schaltbild einer Vorspannungsschaltung gemäß einer vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Bei 5 weist
ein RF-Verstärkungs-FET 411 eine
geerdete Source, ein mit einem Eingangsanschluss 321 verbundenes
Gate und eine mit einem Ausgangsanschluss 422 verbundene Drain
auf. Eine in einer Vorspannungsschaltung 400 erhaltene
Gate-Vorspannung wird an das Gate des RF-Verstärkungs-FET 411 angelegt.
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Bei
der Vorspannungsschaltung 400 ist jeweils ein Ende von
Lase- bzw. Lastwiderständen 441 und 442 und
eines Stromüberwachungswiderstands 444 mit
einer gemeinsamen positiven Elektrode einer Referenzspannungsquelle 431 verbunden.
Eine negative Elektrode der Referenzspannungsquelle 431 ist
geerdet. Die anderen Enden der Lastwiderstände 441 und 442 sind
mit Drains von FETs 412 bzw. 413 verbunden. Die
FETs 412 und 413 weisen mit einem gemeinsamen
Punkt verbundene Sources auf und bilden dadurch ein differenzielles
Paar.
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Ein
Gate des FET 412 ist mit je einem Ende von Teilerwiderständen 444 und 445 verbunden.
Das andere Ende des Teilerwiderstands 444 ist mit der positiven
Elektrode der Referenzspannungsquelle 431 verbunden. Das
andere Ende des Teilerwiderstands 445 ist geerdet. Infolgedessen
teilen die Teilerwiderstände 444 und 445 eine
Spannung (Energieversorgungsspannung) der Referenzspannungsquelle 431 und
legen die geteilte Spannung an das Gate des FET 412 als
eine Referenzspannung an.
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Ein
Gate des FET 413 ist mit dem anderen Ende des Stromüberwachungswiderstands 443 verbunden.
Die gemeinsame Source der FETs 412 und 413 ist
mit einer Drain eines FET 414 verbunden. Der FET 414 weist
eine geerdete Source und ein mit einem Ende eines Widerstands 446 verbundenes
Gate auf. Das andere Ende des Widerstands 426 ist geerdet.
Das Gate des FET 414 ist mit einer Kathode einer Diode 451 verbunden.
Eine Anode der Diode 451 ist mit der Drain des FET 413 verbunden.
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Das
Gate des FET 413 ist mit einer Drain eines FET 415 verbunden.
Eine Source des FET 415 ist geerdet, während sein Gate mit einer Kathode
einer Diode 452 und einem Ende eines Widerstands 447 verbunden
ist. Eine Anode der Diode 452 ist mit der Drain des FET 412 verbunden.
Das andere Ende des Widerstands 447 ist geerdet. Das Gate
des FET 415 ist auch über
einen Widerstand 448 mit dem Gate des RF-Verstärkungs-FET 411 verbunden.
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Die
so konfigurierte Vorspannungsschaltung 400 gemäß der vierten
Ausführungsform
ist durch Ersetzung der Referenzspannungsquelle 332 in
der Vorspannungsschaltung 300 gemäß der dritten Ausführungsform
durch die Teilerwiderstände 444 und 445 gebildet.
Die durch Teilen der Energieversorgungsspannung durch die Teilerwiderstände 444 und 445 erhaltene
Spannung wird dem Gate des FET 412 als eine Referenzspannung
bereitgestellt. Infolgedessen kann die Referenzspannung nur durch
die zwei Widerstände
erzeugt werden, und deshalb weist die Vorspannungsschaltung 400 gemäß der vierten Ausführungsform
den Vorteil auf, dass ihre Schaltungskonfiguration einfacher als
die gemacht werden kann, welche die Referenzspannungsquelle anwendet.
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Es
seid darauf hingewiesen, dass die vierte Ausführungsform durch Als-Beispiel-Nehmen eines Falls
beschrieben worden ist, bei dem die Referenzspannungsquelle 332 in
der Vorspannungsschaltung 300 gemäß der dritten Ausführungsform
durch die Teilerwiderstände 444 und 445 ersetzt
ist, jedoch kann die vierte Ausführungsform
natürlich ähnlich auf die
Vorspannungsschaltungen 100 und 200 gemäß der ersten
und zweiten Ausführungsform
angewendet werden.
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[Fünfte
Ausführungsform]
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6 ist
ein Schaltbild einer Vorspannungsschaltung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. Bei 6 weist ein RF-Verstärkungs-FET 511 eine
geerdete Source, ein mit einem Eingangsanschluss 521 verbundenes
Gate und eine mit einem Ausgangsanschluss 522 verbundene Drain
auf. Eine in einer Vorspannungsschaltung 500 erhaltene
Gate-Vorspannung wird an das Gate des RF-Verstärkungs-FET 511 angelegt.
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Bei
der Vorspannungsschaltung 500 ist jeweils ein Ende von
Lade- bzw. Lastwiederständen 541 und 542 und
eines Stromüberwachungswiderstands 543 mit
einer gemeinsamen positiven Elektrode einer Referenzspannungsquelle 531 verbunden. Eine
negative Elektrode der Referenzspannungsquelle 531 ist
mit einer negativen Elektrode einer Spannungsquelle 532 verbunden.
Eine positive Elektrode der Spannungsquelle 532 ist geerdet.
Die anderen Enden der Lastwiderstände 541 und 542 sind mit
Drains von FETs 512 bzw. 513 verbunden. Die FETs 512 und 513 weisen
mit einem gemeinsamen Punkt verbundene Sources auf und bilden dadurch ein
differenzielles Paar.
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Ein
Gate des FET 512 ist mit jeweils einem Ende von Teilerwiderständen 544 und 545 verbunden.
Das andere Ende der Teilerwiderstände 544 ist mit einer
positiven Elektrode der Referenzspannungsquelle 531 verbunden.
Das andere Ende der Teilerwiderstände 545 ist mit der
negativen Elektrode der Spannungsquelle 532 verbunden.
Ein Gate des FET 513 ist mit dem anderen Ende des Stromüberwachungswiderstands 543 verbunden.
Die gemeinsame Source der FETs 512 und 513 ist
mit einer Drain eines FET 514 verbunden.
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Der
FET 514 weist eine mit der negativen Elektrode der Spannungsquelle 532 verbundene Source
und eine mit einem Ende eines Widerstands 546 verbundenes
Gate auf. Das andere Ende des Widerstands 546 ist mit der
negativen Elektrode der Spannungsquelle 532 verbunden.
Das Gate des FET 514 ist mit einer Kathode einer Diode 551 verbunden. Eine
Anode der Diode 551 ist mit der Drain des FET 513 verbunden.
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Das
Gate des FET 513 ist mit einer Drain eines FET 515 verbunden.
Eine Source des FET 515 ist mit der negativen Elektrode
der Spannungsquelle 532 verbunden, während sein Gate mit einer Kathode einer
Diode 552 und einem Ende eines Widerstands 547 verbunden
ist. Eine Anode der Diode 552 ist mit der Drain des FET 512 verbunden.
Das andere Ende des Widerstands 547 ist mit der negativen
Elektrode der Spannungsquelle 532 verbunden. Das Gate des FET 515 ist
auch über
einen Widerstand 548 mit dem Gate des RF-Verstärkungs-FET 511 verbunden.
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Die
so konfigurierte Vorspannungsschaltung 500 gemäß der fünften Ausführungsform
ist durch neue Hinzufügung
der Spannungsquelle 532 zur Vorspannungsschaltung 400 gemäß der vierten
Ausführungsform
gebildet. Die Vorspannungsschaltung 500 weist auf der geerdeten
Seite eine negative Spannung auf. Dies macht es möglich, nicht
nur eine positive Gate-Vorspannung, sondern auch eine negative Gate-Vorspannung
an das Gate des RF-Verstärkungs-FET 511 anzulegen.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass die fünfte Ausführungsform durch Als-Beispiel-Nehmen eines Falls
beschrieben worden ist, bei dem die Vorspannungsquelle 532 der
Vorspannungsschaltung 400 gemäß der fünften Ausführungsform hinzugefügt ist, jedoch
kann die fünfte
Ausführungsform
natürlich ähnlich bei
den Vorspannungsschaltungen 100, 200 und 300 gemäß der ersten,
zweiten und dritten Ausführungsform
angewendet werden.
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[Anwendungsbeispiel]
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Die
oben beschriebenen Vorspannungsschaltungen gemäß der ersten bis fünften Ausführungsform
werden zur Bildung eines Verstärkers
in einem Teil eines vorderen RF-Endabschnitts beispielsweise eines
CDMA-Typ-Zellulartelefonsystems benutzt. 7 ist ein
Blockschaltbild, das eine Konfiguration des vorderen RF-Endabschnitts des
CDMA-Typ-Zellulartelefonsystems zeigt.
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Bei 7 wird
eine von einer Antenne 611 empfangene Welle durch ein Bandpassfilter 612,
das sowohl für Übertragung
als auch Empfang benutzt wird, hindurchgelassen und dann über einen
Niedrigrauschen- bzw. Rauscharmverstärker 613 einem Mischer 614 zugeführt. Der
Mischer 614 mischt die Welle mit einer Lokaloszillationsfrequenz
aus einem Lokaloszillator 615, um dadurch die Welle in
ein IF-Signal (IF = intermediate frequency (Zwischenfrequenz)) umzusetzen.
Das Signal wird danach von einem AGC-Verstärker 616 auf einen
festen Pegel eingestellt und dann einer Basisband-IC 617 in
der nächsten
Stufe zugeführt.
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Indessen
wird auf der Übertragungsseite
des vorderen RF-Endabschnitts ein von der Basisband-IC 617 in
der vorhergehenden Stufe zugeführtes
IF-Signal durch einen AGC-Verstärker 618 verstärkt und
dann einem Mischer 619 zugeführt, bei dem das IF-Signal
mit einer Lokaloszillationsfrequenz aus einem Lokaloszillator 620 gemischt
wird, um dadurch in ein RF-Signal umgesetzt zu werden. Dann wird
das RF-Signal einem
Leistungsverstärker 621 zugeführt.
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Der
Leistungsverstärker 621 weist
eine Schaltungskonfiguration mit einem RF-Verstärkungs-FET zur Verstärkung des
RF-Signals auf. Einem Gate des Verstärkungs-FET wird von einer Vorspannungsschaltung 622 eine
Gate-Vorspannung zugeführt.
Nach Durchgang durch den Leistungsverstärker 621 geht das
RF-Signal durch das Bandpassfilter 612 und wird dann von
der Antenne 611 übertragen.
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Die
oben beschriebenen Vorspannungsschaltungen gemäß der ersten bis fünften Ausführungsform
werden bei dem auf diese Weise konfigurierten vorderen RF-Endabschnitts
des CDMA-Typ-Zellulartelefonsystems als die Vorspannungsschaltung 622 zum
Zuführen
der Vorspannung dem Gate des RF-Verstärkerungs-FET
zur Verstärkung
des RF-Signals im Leistungsverstärker 621 benutzt.
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Infolgedessen
können
die als die Vorspannungsschaltung 622 des Übertragungssystems
des CDMA-Typ-Zellulartelefonsystems benutzen Vorspannungsschaltungen
gemäß der ersten
bis fünften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ungeachtet einer Variation der Charakteristiken
von FETs zwischen FET-Poduktionslosen und einer Änderung der Charakteristiken
von FETs aufgrund einer Temperaturvariation oder dgl. einen Drainstrom
konstant halten und können
auch einen Stromverbrauch auf einen niedrigen Pegel reduzieren.
Deshalb können die
Vorspannungsschaltungen immer ein stabiles Betriebsverhalten bzw.
eine stabile Leistung bringen und auch zu einer Reduktion des Stromverbrauchs des
Zellulartelefonsystems selbst beitragen.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass bei dem oben beschrieben Anwendungsbeispiel
die Vorspannungsschaltungen bei einem CDMA-Typ-Zellulartelefonsystem
angewendet sind, dass jedoch die vorliegende Erfindung nicht auf
dieses Anwendungsbeispiel beschränkt
ist. Die Vorspannungsschaltungen können auch als eine Vorspannungsschaltung
für einen
Verstärkungs-FET
zur Benutzung bei Funkverbindungssystemen wie beispielsweise schnurlosen Telefonen
und bei digitalen und analogen RF-Schaltungen wie beispielsweise
RF-Signal-Messsystemen und Lasern angewendet werden. Außerdem ist
der FET nicht auf die Benutzung als ein Verstärker beschränkt, sondern der FET kann auch
als ein Multiplizierer und auch als ein Oszillator benutzt werden.
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Wie
oben beschrieben werden gemäß der vorliegenden
Erfindung, wenn die Energieversorgungsspannung oder die Schwellenspannung
des FET von einem Standardwert abweicht, die Ströme des differenziellen Paars
FETs zueinander gleich gehalten, und ein Spannungsabfall beim Stromüberwachungswiderstand
wird genau gleich zur Referenzspannung gehalten. Deshalb ist es
möglich,
den Ruhestrom ungeachtet einer Variation der Charakteristiken von
FETs zwischen FET-Produktionslosen
und einer Änderung
der Charakteristiken von FETs aufgrund einer Temperaturvariation
oder dgl. konstant zu halten und auch den Stromverbrauch auf einen niedrigen
Pegel zu reduzieren.
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Wenn
eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung unter Benutzung spezieller Ausdrücke beschrieben worden ist,
so dient diese Beschreibung nur zu illustrativen Zwecken, und es
ist so zu verstehen, dass Änderungen
und Variationen ohne Verlassen des Schutzbereichs der folgenden
Ansprüche gemacht
werden können.