JP2000512119A - 電圧極性反転用の回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 基準電位（Ｐ）に対して第１の極性を有する出力電圧（Ｖ−）を、基準電位（Ｐ）に対して第２の極性ｗゆうする動作電圧（Ｖ＋）から形成するための回路装置。この回路装置は基本的に次の原理に従って動作する。すなわち、コイルの無電流切替の後にコイル（Ｌ）に発生する電圧上昇を用いて、第１のコンデンサ（Ｃ１）を固定基準電位（Ｐ）に対して正の電圧に充電するのである。トランジスタ（Ｔ）の導通フェーズの間、第１のコンデンサは第２のコンデンサ（Ｃ２）を固定基準電位（Ｐ）に対して負の電圧に充電し、この負の電圧を外から取り出すことができる。回路出力端子（Ａ）とトランジスタ（Ｔ）の制御線路（Ｅ２−Ｇ）との間には電気抵抗（Ｒ３）が接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】 電圧極性反転用の回路装置 本発明は、動作電圧に対して極性の反転した出力電圧を形成するための回路装 置に関する。本発明は、とりわけ電流節約モードで動作する回路装置に関する。 本発明は特に、バッテリー電圧の供給される電子機器、例えば移動無線機（移 動電話）または携帯コンピュータ（ラップトップ）で、正電圧から負電圧を形成 する回路装置に関する。 この種の回路装置は公知である。この種の回路装置は、例えばバッテリー電圧 の供給される移動無線機で、負のゲート電圧をＭＥＳＦＥＴに対して形成するの に使用される。移動無線機は一般的には１つまたは複数のＭＭＩＣ（モノリシッ クマイクロ波集積回路）チップ（例えばＭＭＩＣ電力増幅器）をＭＥＳＦＥＴベ ースに有する。負の電圧をバッテリー駆動される電子機器で形成することのでき る回路変形例では、発振器またはマルチバイブレータによって交流電圧が形成さ れ、続いて整流される。同じように移動電話では、ＭＭＩＣ電力増幅器の入力側 に印加される受信高周波信号を整流することによって負の電圧を形成することが できる。 しかしこれら２つの方法は欠点を有する。すなわち 第１の例では発振器により電子機器に付加的な交流電圧信号が形成され、この信 号が機器の動作特性を損なうことがある。例えば電子機器の隣接する構成素子、 例えばマイクロプロセッサが影響を受けることがあり、このことが誤機能を引き 起こすことがある。 第２の方法では、ＭＭＩＣ電力増幅器が高周波信号の印加後に初めて投入接続 され、比較的に信号レベルの高いときだけ機能することが特に欠点である。 本発明の課題は、冒頭に述べた形式の、ノイズの少ない回路装置を提供し、電 子機器の動作特性が損なわれるのを回避し、同時に安価に小さなスペースで実現 できるようにすることである。またこの回路装置は上記の欠点を回避すると同時 に、移動無線機で使用するのに適するものであり、とりわけ電流節約モードで動 作するようにする。 この課題は、請求項１の構成を有する回路装置によって解決される。本発明の 回路装置の有利な改善形態は従属請求項２から１０に記載されている。本はつめ 印回路装置の有利な適用は請求項１０に記載されている。 本発明の回路装置は以下の特徴を有する。 すなわち： トランジスタの負荷区間の第１の端子、例えば電界効果トランジスタのソース ／ドレイン区間の第１の端子と、第１の回路入力端子との間にコイルが接続され ており、トランジスタの負荷区間の第２の端子が固定基準電位と導電接続されて いる。第１の回路入力端子には、基準電位に対して第２の極性（例えば正）を有 する動作電圧を印加することができる。さらにトランジスタの制御端子が制御線 路を介して第２の回路入力端子と接続されており、第２の回路入力端子には交流 電圧を供給することができる。トランジスタの負荷区間の第１の端子と第１のダ イオードのカソードとの間には第１のコンデンサが接続され、第１のダイオード のカソードは第２のダイオードのアノードに接続されている。第２のダイオード のカソードは固定基準電位に接続されており、また固定基準電位と第１のダイオ ードのアノードとの間には第２のコンデンサが接続されている。第１のダイオー ドのアノードは回路出力端子と接続されている。回路出力端子からは固定基準電 位に対して第１の極性（例えば負）を有する出力電圧を取り出すことができる。 本発明の回路装置は基本的に次の原理に従って動作する。すなわち、トランジ スタの遮断切り替え後のコイルでの電圧上昇を用いて、第１のコンデンサを固定 基準電位に対して正の電圧に充電するのである。トランジスタの導通フェーズの 間、第１のコンデンサは第２のコンデンサを、固定基準電位に対して負の電圧に 充電し、この電圧を外から取り出すことができる。 交流電圧は例えば、固定基準電位に対して第２の極 性を有する電圧パルス、例えば矩形電圧からなる。 本発明の回路装置の利点は、これが従来技術と比較して大きな構成部材コスト なしで、また僅かなスペースで実現できることである。コイルとコンデンサを除 いてすべての構成素子を簡単にＭＭＩＣチップに集積することができる。 移動無線機では有利には、トランジスタ制御に対する交流電圧としてすでに存 在する呼出信号発生器−供給電圧が使用される。同じようにラップトップでも、 スピーカ電圧を使用することができる。 従って本発明の回路装置の駆動のために付加的な発振器は必要ない。動作電圧 および交流電圧は電子機器で通常はすでに使用でき、回路装置に対して固有に形 成する必要はない。 本発明の回路装置の有利な実施例では、交流電圧として矩形電圧が使用される 。これによりコイルに有利には非常に高い電圧上昇が形成され、このことにより 回路装置の効率が改善される。 本発明の回路装置の特に有利な形態では、回路出力端子とトランジスタの制御 線路との間に電気抵抗が接続され、この抵抗を介してトランジスタＴの制御端子 には負電圧が供給され、これにより有利には特に電流節約モードで動作する。 さらに本発明の有利な実施例では、トランジスタの制御端子線路（第２の回路 入力端子と制御端子との間 の接続路）に電流制限抵抗が接続され、この抵抗は交流電圧が動作時に大きく降 下するのを阻止する。 さらに制御線路に有利には第３のコンデンサを接続することができる。この第 ３のコンデンサは交流電圧を形成する電圧源を直流的に回路装置から分離する。 本発明の回路装置の別の有利な形態では、第１の回路入力端子と固定基準電位 との間に第４のコンデンサが接続されている。これによって正の動作電圧を送出 する電圧源が交流的に回路から分離される。 さらに第２の回路入力端子または第３のコンデンサと固定基準電位との間に付 加的電気抵抗を接続することができる。この電気抵抗により有利には、トランジ スタの制御端子における電位が固定基準電位に対して安定化される。 トランジスタとして有利には電界効果トランジスタよびバイポーラトランジス タを使用することができる。 本発明のさらに有利な形態は従属請求項に記載されており、以下図面１から６ に関連して詳細に説明する。 図１は、本発明の回路装置の第１の実施例の回路図、 図２は、トランジスタを制御するための交流電圧の電圧／時間線図、 図３は、図１の回路装置のＩで示した点における電 圧経過の電圧／時間線図、 図４は、図１の回路装置のＫで示した点における電圧経過の電圧／時間線図、 図５は、ＭＭＩＣ電力増幅器と接続された本発明の回路装置のブロック回路図 である。 図１の回路装置では、トランジスタＴは例えば電界効果トランジスタとして実 現されている。トランジスタＴのドレイン端子Ｄ（負荷区間の第１の端子に相当 する）と、正の動作電圧Ｖ＋（例えば＋３Ｖ）が印加される第１の回路入力端子 Ｅ１との間にはコイルＬ（例えば１０μＨのインダクタンス）が接続されている 。トランジスタＴのソース端子（負荷区間の第２の端子に相当する）は固定基準 電位Ｐ（例えばアース）と接続されており、トランジスタＴのゲート端子Ｇ（制 御端子に相当する）は第２の回路入力端子Ｅ２と接続されている。第２の回路入 力端子Ｅ２には交流電圧Ｖ〜（例えば＋３Ｖの矩形パルスを有する矩形電圧、図 ２参照）が印加される。ドレイン端子Ｄと第１のダイオードＤ１のカソードＫ１ との間には第１のコンデンサＣ１（例えば約１ｎＦのキャパシタンス）が接続さ れている。同時に第１のダイオードＤ１のカソードＫ１は第２のダイオードＤ２ のアノードＡ２と、第２のダイオードＤ２のカソードＫ２は固定基準電位Ｐと接 続されている。固定基準電位Ｐと第１のダイオードのアノードＡ１との間には第 ２のコンデンサＣ２（例え ば約１ｎＦのキャパシタンス）が接続されている。第１のダイオードＤ１のアノ ードＡ１は回路出力端子Ａと接続されており、この回路出力端子からは負電圧Ｖ −（実施例のインダクタンスとキャパシタンスの値では約−６から−９Ｖ）が取 り出される。 オプションとして図１の回路装置では、ゲート線路（ゲート端子Ｇと第２の回 路入力端子Ｅ２との間の接続路）に、例えばＲ＝１ｋΩのゲート前置抵抗Ｒ１を 接続することができる。この前置抵抗は交流電圧Ｖ〜の大きな電圧降下を阻止す る。 さらに固定基準電位Ｐと第２の回路入力端子Ｅ２との間に付加的電気抵抗Ｒ２ （例えばＲ＝２０ｋΩ）を接続することができる。この抵抗はトランジスタＴの ゲート／ソース電位の安定化に寄与する。 交流電圧（Ｖ〜）供給部を回路装置から直流的に分離するため、第２の回路入 力端子Ｅ２とゲート端子Ｇないしゲート前置抵抗Ｒ１との間に第３のコンデンサ Ｃ３（図１には同じように破線で示されている。）を接続することができる。こ のコンデンサは例えば１ｎＦのキャパシタンスを有する。 さらにコイルＬを動作電圧（Ｖ＋）供給部から分離するために、第１の回路入 力端子Ｅ１と固定基準電位Ｐとの間に、例えば２ｎＦのキャパシタンスを有する 第４のコンデンサＣ４（図１には破線で示してある。）を接続することができる 。 トランジスタＴに負のゲート電圧を供給するために、回路出力端子Ａとゲート 端子Ｇないしゲート前置抵抗Ｒ１との間に電気抵抗Ｒ３を接続することができ、 これにより回路装置の電流節約モードでの動作が達成される。 図２には、交流電圧Ｖ〜に対する電圧／時間線図が示されている。この交流電 圧はトランジスタＴの制御に使用され、例えば移動無線機（例えば携帯電話）で 呼出信号発生器−供給電圧ＶcIkとして使用される。横軸には時間が、縦軸には 電圧Ｖがプロットされている。この交流電圧は、例えば固定基準電位Ｐ（例えば アース）に対して＋３Ｖのパルス高さを有する矩形電圧であり、例えば５から１ ５ＭＨｚの周波数を有し、第２の回路入力端子Ｅ２に印加される。 図３に示された電圧／時間線図は、図１の回路装置にＩにより示された回路点 での電圧経過を概略的に示す。図２と同じように横軸には時間、縦軸には電圧Ｖ がプロットされている。この図によれば回路点Ｉには、交流電圧Ｖ〜ないし呼出 信号発生器−供給電圧Ｖclkのパルス休止期間の間に、基準電位Ｐに対して動作 電圧Ｖ＋よりも高められた電圧（最大で約＋６から＋９Ｖ）が発生している。パ ルス期間中は、回路点ＩはトランジスタＴが導通接続するので固定基準電位Ｐに なる。動作電圧Ｖ＋に比較して高められた電圧は、コイルＬの無電流切替時に発 生した電圧上昇によるもの であり、この電圧は第１のコンデンサＣ１を充電する。理想的な電圧経過が図３ に破線で示されている。 図４に示された電圧／時間線図は、図１にＫで示した回路点での電圧経過を概 略的に示す。図２と同じようにここでも横軸には時間、縦軸には電圧Ｖがプロッ トされている。交流電圧Ｖ〜ないし呼出信号発生器−供給電圧Ｖclkのパルス休 止期間内では、固定基準電位に対してここでは最大で約−６から−９Ｖの電圧が 発生している。この電圧は、トランジスタＴの導通接続時、すなわち第１のコン デンサＣ１の正極が固定基準電位に接続されているときに第２のコンデンサＣ２ ２を固定基準電位に対して負の電圧Ｖ−に充電することによって形成される。理 想的電圧経過は、図３と同じように破線で示されている。 回路出力端子Ａからは無負荷状態で、約−６から−９Ｖの純粋な直流電圧を取 り出すことができる。 図５には本発明の回路装置のブロック回路図が、移動無線機で使用される、３ つの増幅段Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を有するＭＭＩＣ電力増幅器チップＭＭＩＣに関連 して示されている。トランジスタＴ、ダイオードＤ１およびＤ２および場合によ り第１，第２および／または第３の電気抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３がＭＭＩＣ電力増 幅器チップＭＭＩＣに集積されている。コイルＬ、第１および第２のコンデンサ Ｃ１，Ｃ２、並びに場合により第３および第４のコンデンサはＭＭＩＣ電力増幅 器チップＭＭＩＣの外に配置されている。このブロック回路図ではさらに、本発 明の回路装置では交流電圧Ｖ〜として有利には、移動無線機に基本的に備わって いる呼出信号発生器−供給電圧Ｖclkが使用されることが示されている。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 基準電位（Ｐ）に対して第２の極性を有する動作電圧（Ｖ＋）の供給さ れる電子機器内で、基準電位（Ｐ）に対して第１の極性を有する出力電圧（Ｖ− ）を形成するための回路装置において、 ａ）トランジスタ（Ｔ）の負荷区間の第１の端子（Ｄ）と第１の回路入力端子 （Ｅ１）との間にコイル（Ｌ）が接続されており、 ｂ）トランジスタ（Ｔ）の負荷区間の第２の端子（Ｓ）が固定基準電位（Ｐ） に接続されており、 ｃ）第１の回路入力端子（Ｅ１）には動作電圧（Ｖ＋）が印加され、 ｄ）トランジスタ（Ｔ）の制御端子（Ｇ）が第２の回路入力端子（Ｅ２）に接 続されており、該第２の回路入力端子には交流電圧（Ｖ〜）が印加され、 ｅ）トランジスタ（Ｔ）の負荷区間の第１の端子（Ｄ）と第１のダイオード（ Ｄ１）のカソード（Ｋ１）との間に第１のコンデンサ（Ｃ１）が接続されており 、 ｆ）第１のダイオード（Ｄ１）のカソード（Ｋ１）は第２のダイオード（Ｄ２ ）のアノード（Ａ２）に接続されており、 ｇ）第２のダイオード（Ｄ２）のカソード（Ｋ２）は固定基準電位に接続され ており、 ｈ）第１のダイオード（Ｄ１）のアノード（Ａ１）は出力電圧（Ｖ−）である 回路出力端子（Ａ）と接続されている、 ことを特徴とする回路装置。 ２． 回路出力端子（Ａ）とトランジスタ（Ｔ）の制御線路（Ｅ２−Ｇ）との 間には電気抵抗（Ｒ３）が接続されている、請求項１記載の回路装置。 ３． 第１の回路入力端子（Ｅ１）と固定基準電位（Ｐ）との間には第３のコ ンデンサ（Ｃ３）が接続されている、請求項１または２記載の回路装置。 ４． トランジスタ（Ｔ）の制御端子（Ｇ）には電流制限抵抗（Ｒ１）が配置 されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の回路装置。 ５． 第２の回路入力端子（Ｅ２）と固定基準電位（Ｐ）との間には別の電気 抵抗（Ｒ２）が接続されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の回路 装置。 ６． トランジスタ（Ｔ）、第１および第２のダイオード（Ｄ１，Ｄ２）は単 一のＭＭＩＣチップ（ＭＭＩＣ）に集積されている、請求項１から５までのいず れか１項記載の回路装置。 ７． トランジスタ（Ｔ）、第１および第２のダイオード（Ｄ１，Ｄ２）およ び電気抵抗（Ｒ３）は単一のＭＭＩＣチップ（ＭＭＩＣ）に集積されている、請 求項２から６までのいずれか１項記載の回路装置。 ８． 交流電圧（Ｖ〜）は、基準電位（Ｐ）に対して第２の極性を有する電圧 パルスからなる矩形電圧である、請求項１から７までのいずれか１項記載の回路 装置。 ９． 移動無線機で使用され、交流電圧（Ｖ〜）として移動無線機で形成され る呼出信号発生器−供給電圧（ＶCIk）が使用される、請求項１から８までのい ずれか１項記載の回路装置の適用方法。