JP2001044768A - 温度補償回路、および、温度補償回路を備えた集積回路 - Google Patents

温度補償回路、および、温度補償回路を備えた集積回路

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JP2001044768A
JP2001044768A JP11215884A JP21588499A JP2001044768A JP 2001044768 A JP2001044768 A JP 2001044768A JP 11215884 A JP11215884 A JP 11215884A JP 21588499 A JP21588499 A JP 21588499A JP 2001044768 A JP2001044768 A JP 2001044768A
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Takayuki Ikui
孝幸 生井
Masatoshi Kunishi
昌利 國司
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 MOS型トランジスタにより構成された高周
波回路において有効な温度補償回路、および、その温度
補償回路を備えた集積回路を提供する。 【解決手段】 トランジスタのgmの温度依存性が回路
の利得に大きく影響する程の高周波信号を扱う回路に対
して、利得の温度補償を行うための制御電圧を発生する
制御電圧発生回路1と、その制御電圧発生回路からの出
力電圧を入力することにより周囲温度に対する利得の変
化量が小さくなるよう制御される利得制御回路4とを備
える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、温度補償回路、お
よび、温度補償回路を備えた集積回路に関するものであ
る。
【0002】更に詳述すると、本発明は、MOS型トラ
ンジスタにより構成される集積回路に適用して、利得の
温度依存性改善に有用な温度補償回路、および、その温
度補償回路を備えた集積回路に関するものである。
【0003】
【従来の技術】移動体通信の送受信周波数を初めとす
る、数100MHz以上の比較的高い周波数信号を扱う
回路では、MOS型トランジスタに比べて高い動作速度
と電流効率を持つことから、従来はバイポーラ型トラン
ジスタが主に用いられてきた。
【0004】このようなバイポーラ型トランジスタを用
いる場合、トランジスタの高周波特性を示す遮断周波
数、すなわちftに対して、約1/50以上の周波数の
信号を扱う高周波回路では、トランジスタのトランス・
コンダクタンス(gm)の温度変化が、回路の特性、例
えば利得などに大きく依存するという問題点があった。
【0005】しかしながら、一般に知られているよう
に、バイポーラ型トランジスタは、トランジスタを流れ
る電流に対してgmが比例するという特性があることか
ら、図1に示すような制御電流発生回路CCを用いた電
流制御による温度補償方法により、比較的容易に温度補
償を行うことが可能であった。具体的には、gmが低下
する高温においてはバイポーラ型トランジスタに供給さ
れる電流を増やし、逆に低温では電流を減らすことによ
って回路特性が周囲温度によらないように温度補償を行
う方法である。
【0006】これに対して、MOS型トランジスタは、
バイポーラ型トランジスタに比べると比較的低い周波数
帯の信号を扱う用途の回路でのみ用いられてきた。この
場合、これらの回路で扱われる信号の周波数は、MOS
型トランジスタの遮断周波数に対して十分に低い周波数
であるために、その周波数帯での回路の利得は大きくと
れ、gmの温度変化が回路の特性へほとんど依存しない
ようにするための温度補償回路を比較的容易に構成する
ことが可能であった。
【0007】ところが、近年の微細化技術の進歩によ
り、バイポーラ型トランジスタと同等以上のftを有す
るMOS型トランジスタが安価で製造できるようにな
り、これまでバイポーラ型トランジスタが使われていた
高周波のICでもMOS型トランジスタで回路を構成す
る検討が盛んに進められるようになった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術では、MO
S型トランジスタを比較的高い周波数信号を扱う回路に
用いた場合、温度変化が回路の特性に大きく依存するこ
とが有り問題となっていた。その理由は、MOS型トラ
ンジスタの単位電流あたりのgmが、バイポーラ型トラ
ンジスタに比べて約1/3から1/20と低いので、回
路利得を大きく得ることが比較的難しいことに起因する
ものである。
【0009】したがって、このようなMOS型トランジ
スタを用いた回路に対し、従来のバイポーラ型トランジ
スタによる回路の場合のような電流制御による温度補償
手法を用いた場合(図1参照)、MOS型トランジスタ
のgmは電流値の平方根に比例する性質であることか
ら、回路の電流を変化させてもgmがほとんど変化せ
ず、その結果として電流効率が大幅に劣化するという問
題点があった。
【0010】よって、本発明の目的は、MOS型トラン
ジスタにより構成された高周波回路において有効な温度
補償回路、および、その温度補償回路を備えた集積回路
を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る温度補償回路、および、その温度補
償回路を備えた集積回路は、トランジスタのgmの温度
依存性が回路の利得に大きく影響する程の高周波信号を
扱う回路に対して、利得の温度補償を行うための制御電
圧を発生する制御電圧発生手段と、その制御電圧発生手
段からの出力電圧を入力することにより周囲温度に対す
る利得の変化量が小さくなるよう制御される利得制御手
段とを備えたものである。
【0012】すなわち、請求項1に係る本発明温度補償
回路は、入力段にMOS型トランジスタを含んだ利得制
御手段と、特定の温度依存性を有する制御電圧を生成す
る制御電圧発生手段とを備えた温度補償回路であって、
前記利得制御手段の入力段に含まれる前記MOS型トラ
ンジスタのゲートに、前記制御電圧発生手段で生成した
電圧を印加することを特徴とする。
【0013】請求項2に係る本発明温度補償回路は、請
求項1に記載の温度補償回路において、前記制御電圧発
生手段は、周囲温度に対して一定の傾きを持つ電圧を出
力する温度センサ手段と、周囲温度に拘わらず一定値の
電圧を出力するバンド・ギヤップ・レファレンス手段
と、電圧発生手段とを備え、前記電圧発生手段は、前記
温度センサ手段から出力される電圧および前記バンド・
ギャップ・レファレンス手段から出力される電圧を入力
し、特定の温度依存性を有する制御電圧を出力すること
を特徴とする。
【0014】請求項3に係る本発明温度補償回路は、請
求項2に記載の温度補償回路において、前記電圧発生手
段は差動増幅器を備え、該差動増幅器の一方の入力端に
は前記バンド・ギャップ・レファレンス手段から出力さ
れる電圧を入力し、該差動増幅器の他方の入力端には、
前記温度センサ手段から出力される電圧を増幅手段を介
して入力することを特徴とする。
【0015】請求項4に係る本発明集積回路は、請求項
1〜3のいずれかに記載の温度補償回路を備えたことを
特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】本願の発明者は、上述した課題を
解決するために検討を積み重ねた結果、下記の温度補償
回路を用いた集積回路がその目的に適合することを見い
出し、本発明をなすに至った。
【0017】以下、図面を参照しながら、本発明の実施
の形態の一例を詳細に説明していく。
【0018】まず、本発明を適用した温度補償回路の構
成について説明する。
【0019】図2は、本発明の一実施の形態である温度
補償回路を示したブロック図である。本図において、1
は制御電圧発生回路、2はMOS型トランジスタ、3は
利得回路、4は利得制御回路である。
【0020】図2に示した回路は、例えば移動体通信用
端末の送信用回路の一部として使用されるものであり、
半導体基板上に形成されたMOS型トランジスタを用い
た集積回路として実現されている。
【0021】図2において、制御電圧発生回路1からの
出力は、利得制御回路を構成するMOS型トランジスタ
2のゲートに入力される。このMOS型トランジスタ2
は、このMOS型トランジスタ2の後段に接続された利
得回路3の利得制御を行うために接続されている。利得
回路3の出力電力は、温度に対して負の温度依存性を持
つように設計されている。
【0022】一方、制御電圧発生回路1からの出力電圧
は、正の温度依存性を持つことで、利得制御回路4の出
力電力の温度依存性が一定となるように補償する。
【0023】さらに、利得制御回路4では、MOS型ト
ランジスタ2のゲートに印加される電圧により利得を制
御する構成のため、電流の増加はほとんど見られずに所
望の温度特性を得ることができる。本構成において、利
得回路3は、特定の利得を持つ回路だが、利得可変回路
でもよく、特に利得回路の構成を限定するものではな
い。
【0024】次に、図2に含まれる各回路の構成例につ
いて説明する。
【0025】まず、制御電圧発生回路1は、温度に対し
て一定の依存性を有する電圧を発生する回路である。従
って、温度補償を必要とする回路に応じて様々な実施形
態が考えられるが、その一例として、図3に制御電圧発
生回路1の構成の一例を示す。
【0026】図3において、5はバンド・ギャップ・レ
ファレンス回路、6は温度センサ回路、7は電圧発生回
路である。すなわち、本図に示した回路は、通常の半導
体回路設計で用いられるバンド・ギャップ・レファレン
ス回路5の他、温度センサ回路6、および電圧発生回路
7から構成される。
【0027】バンド・ギャップ・レファレンス回路5
は、温度に依存しない一定の電圧が出力される構成であ
ればよく、その出力電圧の温度依存性は、製造プロセス
や回路設計にもよるが、通常容易に0.1%/℃以下に
することができる。
【0028】また、温度センサ回路6は、温度変化に対
して特定の依存性を持つ電圧が出力される回路であれば
よい。このときの温度依存性は、温度補償を必要とする
回路構成により様々であり、特に温度に対する関係を限
定するものではない。その回路構成については、必要な
温度依存性により、適宜選択されるが、最も簡単な回路
構成の例としては図4のような回路でもよい。図4にお
いて、8および9は抵抗、10はダイオードである。こ
の図4の回路では、抵抗8と抵抗9の比率を変えること
で、所望の温度依存性が得られるように調整できる。
【0029】電圧発生回路7は、温度に対して一定の電
圧を出力するバンド・ギャップ・レファレンス回路5、
および温度に対して一定の依存性を持つ温度センサ回路
6からの出力電圧が入力されており、温度変化に対して
任意の傾きおよび任意のバイアス電圧を持つ制御電圧を
生成することができるように構成されている。
【0030】図5には、図3における電圧発生回路7の
一例を示す。本図において、11は増幅回路、12は差
動増幅回路である。すなわち、図5に示した回路は、電
圧を出力する一つの増幅回路11と、温度センサ6から
の出力電圧が入力される差動増幅回路12から構成され
る。差動増幅回路12では、温度センサ回路6から出力
された電圧VPのバイアス電圧を、バンド・ギャップ・
レファレンス回路5から出力された一定の電圧VBGと
等しくするように変換した電圧を出力する。差動増幅回
路12では、増幅回路11からの出力電圧とバンド・ギ
ャップ・レファレンス回路5からの出力電圧が入力さ
れ、温度変化に対して任意の傾きおよび任意のバイアス
電圧を持つ制御電圧を生成することができる。
【0031】図6には、図3および図5に示した温度補
償回路を用いた1GHz帯用の利得回路3における利得
と温度の関係の測定例を示す。本図において、13は温
度補償前の利得−温度特性を、14は温度補償後の利得
−温度特性を示す。実際に測定した結果、温度補償が無
い場合の利得の温度依存性が−0.1dB/℃であるの
に対して、本実施の形態による温度補償回路を用いた場
合の利得の温度依存性は、−0.008dB/℃と著し
く改善されていることが判明した。
【0032】以上は、本発明を適用した温度補償回路の
部分を中心に説明したが、本発明の実施の形態には多く
の応用があり、これらも全て本発明の範囲内である。
【0033】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、M
OS型トランジスタにより構成された高周波回路におい
て有効な温度補償回路、および、その温度補償回路を備
えた集積回路を実現することができる。より具体的に述
べるならば、以下の通りである。
【0034】本発明による温度補償回路は、優れた温度
補償電圧を発生することができ、さらに本発明による集
積回路は、この温度補償回路と共に比較的高い周波数信
号を扱うMOS型トランジスタを用いた利得制御回路に
用いた場合、電流効率を劣化させずに優れた温度特性を
示すことができるので、温度補償回路を用いた集積回路
として極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来から知られている温度補償回路の一例を示
す回路図である。
【図2】本発明を適用した温度補償回路の一例を示すブ
ロック図である。
【図3】図1に示した制御電圧発生回路1の詳細な回路
構成を示すブロック図である。
【図4】図3に示した温度センサ回路6の詳細な回路構
成を示すブロック図である。
【図5】図3に示した電圧発生回路7の詳細な回路構成
を示すブロック図である。
【図6】図2に示した利得回路3における温度と利得の
関係の測定例を示す図である。
【符号の説明】
CC 制御電流発生回路 GC 利得制御回路 1 制御電圧発生回路 2 MOS型トランジスタ 3 利得回路 4 利得制御回路 5 バンド・ギャップ・レファレンス回路 6 温度センサ回路 7 電圧発生回路 8 抵抗 9 抵抗 10 ダイオード 11 増幅回路 12 差動増幅回路 13 温度補償前の利得−温度特性 14 温度補償後の利得−温度特性
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5J090 AA01 AA42 AA59 CA02 CA81 CN01 FA05 FA07 FA10 FN05 FN06 HA10 HA19 HA25 HA27 HA43 HN07 HN20 KA02 KA12 KA17 TA01 TA04

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力段にMOS型トランジスタを含んだ
    利得制御手段と、特定の温度依存性を有する制御電圧を
    生成する制御電圧発生手段とを備えた温度補償回路であ
    って、 前記利得制御手段の入力段に含まれる前記MOS型トラ
    ンジスタのゲートに、前記制御電圧発生手段で生成した
    電圧を印加することを特徴とする温度補償回路。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の温度補償回路におい
    て、 前記制御電圧発生手段は、周囲温度に対して一定の傾き
    を持つ電圧を出力する温度センサ手段と、周囲温度に拘
    わらず一定値の電圧を出力するバンド・ギヤップ・レフ
    ァレンス手段と、電圧発生手段とを備え、 前記電圧発生手段は、前記温度センサ手段から出力され
    る電圧および前記バンド・ギャップ・レファレンス手段
    から出力される電圧を入力し、特定の温度依存性を有す
    る制御電圧を出力することを特徴とする温度補償回路。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載の温度補償回路におい
    て、 前記電圧発生手段は差動増幅器を備え、該差動増幅器の
    一方の入力端には前記バンド・ギャップ・レファレンス
    手段から出力される電圧を入力し、該差動増幅器の他方
    の入力端には、前記温度センサ手段から出力される電圧
    を増幅手段を介して入力することを特徴とする温度補償
    回路。
  4. 【請求項4】 請求項1〜3のいずれかに記載の温度補
    償回路を備えたことを特徴とする集積回路。
JP11215884A 1999-07-29 1999-07-29 温度補償回路、および、温度補償回路を備えた集積回路 Withdrawn JP2001044768A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007228399A (ja) * 2006-02-24 2007-09-06 Toshiba Corp 電圧制御電流源および可変利得増幅器

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