JP2003188653A - Electronic components for radio communication and semiconductor integrated circuit for communication - Google Patents

Electronic components for radio communication and semiconductor integrated circuit for communication

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JP2003188653A
JP2003188653A JP2001386988A JP2001386988A JP2003188653A JP 2003188653 A JP2003188653 A JP 2003188653A JP 2001386988 A JP2001386988 A JP 2001386988A JP 2001386988 A JP2001386988 A JP 2001386988A JP 2003188653 A JP2003188653 A JP 2003188653A
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mosfet
bias
current
resistor
gate
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Application number
JP2001386988A
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Japanese (ja)
Inventor
Takayuki Tsutsui
孝幸 筒井
Hiroyuki Nagamori
啓之 永森
Masayuki Miyoshi
政行 三好
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Hitachi Ltd
Hitachi Information Technology Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Communication Systems Inc
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a bias circuit capable of realizing a high frequency power amplifier circuit with less change in gain irrespective of variation in temperature, i.e., low temperature-dependent gain. <P>SOLUTION: Electronic components for radio communication includes a high frequency power amplifier circuit (210) amplifying and outputting input high frequency signals by power amplifying elements (211 to 213) comprising FETs, and a bias circuit (220) feeding a bias voltage applied to a gate of the power amplifying elements to make the elements operate in a linear region. The bias circuit is configured so as to generate a bias voltage compensating temperature-dependent properties of the gain and drain current of the power amplifying element. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電界効果トランジ
スタからなる電力増幅用素子により入力高周波信号を増
幅して出力する高周波電力増幅回路およびこの高周波電
力増幅回路を組み込んだ携帯電話機等の無線通信装置に
適用して有効な技術に関し、特に高周波電力増幅回路を
構成する電力増幅FETをリニア領域で動作させるよう
なゲートバイアス電圧を生成するバイアス回路による温
度補償技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high frequency power amplifier circuit for amplifying and outputting an input high frequency signal by a power amplifier element composed of a field effect transistor, and a radio communication device such as a mobile phone incorporating the high frequency power amplifier circuit. The present invention relates to a technique effectively applied to, and particularly to a temperature compensation technique using a bias circuit that generates a gate bias voltage that causes a power amplification FET included in a high frequency power amplification circuit to operate in a linear region.

【0002】[0002]

【従来の技術】自動車電話機、携帯電話機等の無線通信
装置(移動体通信装置)の送信側出力段には、MOSF
ET(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect-Trans
istor)やGaAs−MESFET等の半導体増幅素子
(電力増幅FET)を従属接続した多段構成の高周波電
力増幅回路が組み込まれている。現在、携帯電話機等の
無線通信装置の通信方式には、GSM(Global System
for Mobile Communication)方式やCDMA(Code Div
ision Multiple Access)方式など複数の方式がある。
これらの方式を採用した携帯電話機では使用環境に合わ
せて基地局からのパワーレベル指示信号によって周囲環
境に適応するように出力(送信パワー)を変えて通話を
行ない、他の携帯電話機との間で混信を生じさせないよ
うシステムが構成されている。具体的には、基地局から
のパワーレベル指示信号に応じた電圧を出力するAPC
(Automatic Power Control)回路の出力電圧Vapcによ
って通話に必要な出力電力となるように、電力増幅FE
Tのゲートバイアス電圧が制御され所定のバイアス電流
(アイドリング電流ともいわれる)が流される構成にな
っている。
2. Description of the Related Art A MOSF is provided at a transmission side output stage of a wireless communication device (mobile communication device) such as an automobile telephone and a mobile telephone.
ET (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect-Trans
istor) or a GaAs-MESFET or other semiconductor amplifying device (power amplifying FET) is connected in cascade to form a multistage high frequency power amplifying circuit. Currently, GSM (Global System) is used as a communication method for wireless communication devices such as mobile phones.
for Mobile Communication) and CDMA (Code Div)
There are multiple methods such as ision Multiple Access).
With mobile phones that have adopted these methods, the output (transmission power) is changed to adapt to the surrounding environment by the power level instruction signal from the base station according to the usage environment, and the call is performed to communicate with other mobile phones. The system is configured to prevent interference. Specifically, an APC that outputs a voltage according to a power level instruction signal from the base station
(Automatic Power Control) Power amplification FE so that the output voltage Vapc of the circuit provides the output power required for the call.
The gate bias voltage of T is controlled so that a predetermined bias current (also referred to as an idling current) is supplied.

【0003】図8には、従来のCDMA方式における電
力増幅FETのゲートバイアス回路の一例が示されてい
る。PA1,PA2は電力増幅FETを含む高周波電力
増幅アンプである。図8の回路では、電力増幅FETと
直列形態にゲートとドレインが結合されたMOSFET
Q0,Q0’を設け、APC回路からMOSFETQ
0,Q0’に抵抗R3,R3’を介して定電流Icontを
供給して、Q0,Q0’によりアンプPA1,PA2の
バイアス電流を生成するものであり、APC回路から供
給する定電流Icontが温度に関わらず一定になるように
APC回路を構成することにより、高周波電力増幅アン
プの利得が温度変動に関わらず一定になるようにしてい
た(例えば特開2000−151310号)。
FIG. 8 shows an example of a gate bias circuit for a power amplification FET in a conventional CDMA system. PA1 and PA2 are high frequency power amplification amplifiers including power amplification FETs. In the circuit of FIG. 8, a MOSFET having a gate and a drain coupled in series with a power amplification FET
Q0 and Q0 'are provided to connect the APC circuit to the MOSFET Q
0, Q0 'is supplied with a constant current Icont via resistors R3, R3', and the bias currents of the amplifiers PA1, PA2 are generated by Q0, Q0 ', and the constant current Icont supplied from the APC circuit is the temperature. By configuring the APC circuit so as to be constant regardless of the temperature variation, the gain of the high frequency power amplification amplifier is constant regardless of temperature fluctuation (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-151310).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者らがCDMA方式の無線通信システムに用いられる高
周波電力増幅回路において上記バイアス方式について詳
しく検討したところ、APC回路からの出力電流が温度
に関わらず一定であったとしても、高周波電力増幅回路
の利得がかなり変化することを見出した。具体的には、
図5に破線Bで示すように、温度が−20℃から85℃
に変化すると利得が26.5dBから23.5dBへと
約3dBも落ちてしまうことが分かった。そこで、本発
明者らは、その現象について解析を行った結果、電力増
幅FETのしきい値電圧が負の温度特性を持つため、図
7のように、高温時のゲート・ソース間電圧−ドレイン
電流特性曲線(以下、単に電圧−電流特性と称する)C
と低温時の電圧−電流特性曲線Dとが異なっている。ま
た、CDMA方式の高周波電力増幅回路においては、電
力増幅FETが高温時の電圧−電流特性曲線Cと低温時
の電圧−電流特性曲線Dとの交点に相当するQ点よりも
低い領域でリニア動作される。そして、このような領域
では、オン抵抗の温度依存性が利得に対し顕著に作用す
る為、温度が上昇すると利得が落ちてしまうことが明ら
かとなった。なお、GMSK変調を行なうGSM方式な
どでは、電力増幅FETが上記Q点よりも高い領域つま
り温度が高いほどドレイン電流が低くなる領域(飽和領
域)で動作される。また、GSM方式などでは、電力増
幅FETが上記Q点で動作するようにバイアスを与える
方式も提案されている。
However, when the inventors of the present invention have made a detailed examination of the bias method in the high frequency power amplifier circuit used in the CDMA wireless communication system, the output current from the APC circuit is irrespective of the temperature. It has been found that the gain of the high frequency power amplifier circuit changes considerably even if it is constant. In particular,
As shown by the broken line B in FIG. 5, the temperature is from -20 ° C to 85 ° C.
It was found that the gain dropped from 26.5 dB to 23.5 dB by about 3 dB when changed to. Therefore, as a result of analyzing the phenomenon, the inventors of the present invention have found that the threshold voltage of the power amplification FET has a negative temperature characteristic. Therefore, as shown in FIG. Current characteristic curve (hereinafter simply referred to as voltage-current characteristic) C
And the voltage-current characteristic curve D at low temperature are different. In the CDMA high-frequency power amplifier circuit, the power amplifier FET operates linearly in a region lower than the point Q corresponding to the intersection of the voltage-current characteristic curve C at high temperature and the voltage-current characteristic curve D at low temperature. To be done. Then, in such a region, it became clear that the temperature dependence of the on-resistance remarkably affects the gain, so that the gain decreases as the temperature rises. Note that in the GSM method or the like for performing GMSK modulation, the power amplification FET is operated in a region higher than the point Q, that is, a region (saturation region) in which the drain current decreases as the temperature increases. In addition, in the GSM system and the like, a system in which the power amplifier FET is biased so as to operate at the point Q has been proposed.

【0005】本発明の目的は、電力増幅FETをリニア
領域で動作させるような高周波電力増幅回路において、
温度が変動しても利得があまり変化しないつまり利得の
温度依存性が低くなるようなバイアスを電力増幅FET
に与えるバイアス回路を有する無線通信用半導体集積回
路およびそのような半導体集積回路を含む無線通信用電
子部品(高周波パワーモジュール)を提供することにあ
る。本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴
は、本明細書の記述および添付図面からあきらかになる
であろう。
An object of the present invention is to provide a high frequency power amplifier circuit for operating a power amplifier FET in a linear region,
Even if the temperature fluctuates, the gain does not change so much.
It is an object of the present invention to provide a semiconductor integrated circuit for wireless communication having a bias circuit given to the above and an electronic component (high frequency power module) for wireless communication including such a semiconductor integrated circuit. The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。すなわち、電界効果トランジスタか
らなる電力増幅用素子により入力高周波信号を増幅して
出力する高周波電力増幅回路と、前記電力増幅用素子の
ゲートに印加され該トランジスタをリニア領域で動作さ
せるようなバイアスを与えるバイアス回路とを含む無線
通信用電子部品において、前記バイアス回路を、前記電
力増幅用素子のドレイン電流の温度依存性を補償するよ
うなバイアス電圧を生成するように構成したものであ
る。上記した手段によれば、温度が変動して電力増幅用
素子のゲート・ソース間電圧−ドレイン電流特性が変化
するとそれを補償するようなバイアスが電力増幅用素子
に与えられてバイアス電流が変化されるため、高周波電
力増幅回路の利得の温度依存性が低減されるようにな
る。具体的には、前記バイアス回路は、前記電力増幅用
素子とカレントミラー接続されたMOSFETを備え、
前記電力増幅用素子にその利得およびドレイン電流の温
度依存性を補償するようなバイアス電流を流すように構
成される。
The outline of the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows. That is, a high-frequency power amplifier circuit that amplifies and outputs an input high-frequency signal by a power amplifier element including a field effect transistor, and a bias that is applied to the gate of the power amplifier element to operate the transistor in a linear region. In a wireless communication electronic component including a bias circuit, the bias circuit is configured to generate a bias voltage that compensates for the temperature dependence of the drain current of the power amplification element. According to the means described above, when the temperature changes and the gate-source voltage-drain current characteristic of the power amplification element changes, a bias that compensates for the change is applied to the power amplification element to change the bias current. Therefore, the temperature dependence of the gain of the high frequency power amplifier circuit is reduced. Specifically, the bias circuit includes a MOSFET that is current-mirror connected to the power amplification element,
A bias current is supplied to the power amplification element so as to compensate the temperature dependence of its gain and drain current.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図1は、本発明を適用した
CDMA方式の通信システムを構成する高周波電力増幅
回路とそのバイアス回路の一実施例を示す。図1におい
て、210は電力増幅FETを含む高周波電力増幅回
路、220は該高周波電力増幅回路210の電力増幅F
ETのゲートに印加されるバイアス電圧を発生するバイ
アス回路、230は電力増幅FETのドレインに印加さ
れる動作電圧Vdd1,Vdd2を発生する動作電圧発生回路
である。特に制限されるものでないが、この実施例の高
周波電力増幅回路210は、3個の電力増幅FET21
1、212、213を備え、このうち後段のFET21
2,213は並列に設けられて初段FET211のドレ
イン端子に後段FET212,213のゲート端子が接
続され、全体で2段の増幅回路として構成されている。
また、高周波電力増幅回路210は、初段FET211
のゲート端子に容量素子C2を介して高周波信号Pin
が入力され、後段の並列FET212,213のドレイ
ン端子が容量素子C9を介して出力端子Poutに接続
されており、高周波入力信号Pinの直流成分をカット
し交流成分を増幅して出力する。そして、このときの出
力レベルがバイアス回路220からのゲートバイアス電
圧Vg1,Vg2によって制御される。これに応じて、
バイアス回路220も電力増幅FET211のゲートに
印加されるバイアス電圧Vg1を発生する第1のバイア
ス回路221と、電力増幅FET212,213のゲー
トに印加されるバイアス電圧Vg2を発生する第2のバ
イアス回路222とから構成されている。第1と第2の
バイアス回路221と222は同一の構成を有するの
で、以下、一方の回路221の構成について説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of a high frequency power amplifier circuit and its bias circuit which constitute a CDMA communication system to which the present invention is applied. In FIG. 1, 210 is a high frequency power amplification circuit including a power amplification FET, 220 is a power amplification F of the high frequency power amplification circuit 210.
A bias circuit 230 generates a bias voltage applied to the gate of the ET, and an operation voltage generator 230 generates operation voltages Vdd1 and Vdd2 applied to the drain of the power amplification FET. Although not particularly limited, the high frequency power amplifier circuit 210 of this embodiment has three power amplifier FETs 21.
1, 212, 213, of which the latter FET 21
2, 213 are provided in parallel, and the drain terminals of the first-stage FET 211 are connected to the gate terminals of the second-stage FETs 212, 213, so that they are configured as a two-stage amplifier circuit as a whole.
Further, the high frequency power amplifier circuit 210 includes the first stage FET 211.
To the gate terminal of the high frequency signal Pin via the capacitive element C2.
Is input, the drain terminals of the parallel FETs 212 and 213 in the subsequent stage are connected to the output terminal Pout via the capacitive element C9, and the DC component of the high frequency input signal Pin is cut and the AC component is amplified and output. The output level at this time is controlled by the gate bias voltages Vg1 and Vg2 from the bias circuit 220. Accordingly
The bias circuit 220 also generates a bias voltage Vg1 applied to the gate of the power amplification FET 211 and a second bias circuit 222 generates a bias voltage Vg2 applied to the gates of the power amplification FETs 212 and 213. It consists of and. Since the first and second bias circuits 221 and 222 have the same configuration, the configuration of one circuit 221 will be described below.

【0008】上記バイアス回路221は、電力増幅FE
T211のゲート端子と回路の接地点との間に抵抗R1
2を介して接続され上記電力増幅FET211とカレン
トミラー回路を構成するMOSFET Q0と、該MO
SFET Q0のゲート端子とバイアス電圧端子Vbias
との間に直列接続された抵抗R3およびMOSFETQ
4と、該MOSFET Q4のゲート端子と接地点との
間に接続されたMOSFET Q1と、自動パワー制御
回路から供給される定電流Icontが入力される電流入力
端子と接地点との間に直列に接続された抵抗R1,R2
およびMOSFET Q2,Q3とにより構成されてい
る。前記MOSFET Q0,Q1,Q2は、それぞれ
ゲートとドレインが結合されたいわゆるダイオード接続
とされている。また、上記MOSFET Q1のゲート
端子には、抵抗R1とR2との接続ノードn2の電圧が
印加されている。なお、前記抵抗R12は、高周波入力
信号Pinがバイアス回路221側へ漏れるのを防ぐ働
きがある。また、抵抗R3は適用システムに応じて電力
増幅FET211に流すドレイン電流を調整するための
抵抗で、この実施例では精度の高いディスクリート部品
が用いられ、外付け抵抗として接続される。MOSFE
TQ4のドレイン端子が接続された電圧端子に印加され
るバイアス電圧Vbiasは、定電圧であればよく、例えば
3.5Vのようなバッテリ電圧とすることができる。
The bias circuit 221 is a power amplification FE.
A resistor R1 is provided between the gate terminal of T211 and the ground point of the circuit.
MOSFET Q0 which is connected via 2 and constitutes a current mirror circuit with the power amplification FET 211,
SFET Q0 gate terminal and bias voltage terminal Vbias
A resistor R3 and a MOSFET Q connected in series between
4, a MOSFET Q1 connected between the gate terminal of the MOSFET Q4 and the ground point, and a series connection between the current input terminal to which the constant current Icont supplied from the automatic power control circuit is input and the ground point. Connected resistors R1 and R2
And MOSFETs Q2 and Q3. The MOSFETs Q0, Q1 and Q2 are so-called diode-connected with their gates and drains coupled to each other. Further, the voltage of the connection node n2 between the resistors R1 and R2 is applied to the gate terminal of the MOSFET Q1. The resistor R12 has a function of preventing the high frequency input signal Pin from leaking to the bias circuit 221 side. The resistor R3 is a resistor for adjusting the drain current flowing through the power amplification FET 211 according to the application system. In this embodiment, a highly accurate discrete component is used and is connected as an external resistor. MOSFE
The bias voltage Vbias applied to the voltage terminal connected to the drain terminal of the TQ4 may be a constant voltage, and may be a battery voltage such as 3.5V.

【0009】図1において、符号MS1〜MS4はそれ
ぞれ高周波電力増幅回路210の各段間のインピーダン
スの整合をとるためのインダクタンス素子として働くマ
イクロストリップ線路、MS5はFET212,213
と出力端子Poutとの間のインピーダンスを整合させ
るマイクロストリップ線路、MS6,MS7は動作電圧
発生回路230との間のインピーダンスを整合させるマ
イクロストリップ線路である。特に制限されるものでな
いが、本実施例では、高周波電力増幅回路210を構成
する各素子のうち、電力増幅FET211〜213と、
これとカレントミラーをなすMOSFET Q0,Q
0’と、抵抗R12,R13は、1つの半導体チップ上
に半導体集積回路IC1として形成される。ここで、M
OSFET Q0,Q0’は、電力増幅FET211〜
213と同一の導電型(nチャネル型)であって、同一
の構造とされることによって、同一の温度特性(しきい
値電圧Vthが負の温度特性つまりΔVth/ΔT=負)を
有するようにされる。また、バイアス回路220を構成
する素子のうち上記MOSFET Q0,Q0’と抵抗
R12,R13を除く素子は、別の半導体チップ上に半
導体集積回路IC2として形成される。バイアス回路2
20を構成する抵抗R1,R2は正の温度特性を有する
とともに、MOSFET Q0〜Q3はnチャネル型で
ありそのしきい値電圧は負の温度特性を有する。
In FIG. 1, symbols MS1 to MS4 are microstrip lines that act as inductance elements for matching impedances between the respective stages of the high frequency power amplifier circuit 210, and MS5 is FETs 212 and 213.
, MS7 and MS7 are microstrip lines for matching impedance between the output voltage Pout and the output terminal Pout. Although not particularly limited, in the present embodiment, among the elements constituting the high frequency power amplifier circuit 210, the power amplifier FETs 211 to 213,
MOSFETs Q0 and Q that form a current mirror with this
0 ′ and the resistors R12 and R13 are formed as a semiconductor integrated circuit IC1 on one semiconductor chip. Where M
The OSFETs Q0 and Q0 ′ are the power amplification FETs 211 to 211.
213 has the same conductivity type (n-channel type) and has the same structure so that it has the same temperature characteristic (threshold voltage Vth has a negative temperature characteristic, that is, ΔVth / ΔT = negative). To be done. Further, among the elements constituting the bias circuit 220, the elements other than the MOSFETs Q0, Q0 'and the resistors R12, R13 are formed as a semiconductor integrated circuit IC2 on another semiconductor chip. Bias circuit 2
The resistors R1 and R2 that form 20 have a positive temperature characteristic, and the MOSFETs Q0 to Q3 are n-channel type and their threshold voltage has a negative temperature characteristic.

【0010】そして、これらの半導体集積回路IC1,
IC2と、ディスクリート部品としての抵抗R3,R
3’やコンデンサC1〜C9などの素子が共通のセラミ
ック基板上に実装され、1個の無線通信用電子部品とし
て構成される。上記マイクロストリップ線路MS1〜M
S7は、セラミック基板上に、所望のインダクタンス値
となるように形成された銅などの導電層パターンで形成
される。この明細書においては、電力増幅素子もしくは
それを含む半導体集積回路やバイアス回路を含む半導体
集積回路、抵抗素子、容量素子などをセラミック基板上
に実装したものを、高周波パワーモジュールと呼ぶ。
These semiconductor integrated circuits IC1,
IC2 and resistors R3 and R as discrete components
Elements such as 3 ′ and capacitors C1 to C9 are mounted on a common ceramic substrate to constitute one electronic component for wireless communication. The microstrip lines MS1 to M
S7 is formed of a conductive layer pattern of copper or the like formed on the ceramic substrate so as to have a desired inductance value. In this specification, a power amplifier element or a semiconductor integrated circuit including the power amplifier element, a semiconductor integrated circuit including a bias circuit, a resistor element, a capacitor element, or the like mounted on a ceramic substrate is referred to as a high-frequency power module.

【0011】次に、前記バイアス回路220の作用につ
いて、図2を用いて詳しく説明する。図2は図1の第1
バイアス回路221を、素子の位置を変えて示したもの
で、回路構成としては同一である。図2において、電力
増幅FET211を流れるバイアス電流をIb、抵抗R
1,R2を流れる電流をIg、MOSFET Q1を流
れる電流をIq1、抵抗R3を流れる電流をIdとする。
また、入力電流Icontは温度が変化しても一定であると
する。Q1を流れる電流Iq3と抵抗R3を流れる電流I
dは、入力電流Icontが分岐したものであるので、Iq1
+Id=Icont=一定である。
Next, the operation of the bias circuit 220 will be described in detail with reference to FIG. 2 is the first of FIG.
The bias circuit 221 is shown by changing the positions of the elements and has the same circuit configuration. In FIG. 2, the bias current flowing through the power amplification FET 211 is Ib and the resistance R is
1, the current flowing through R2 is Ig, the current flowing through the MOSFET Q1 is Iq1, and the current flowing through the resistor R3 is Id.
Further, it is assumed that the input current Icont is constant even if the temperature changes. The current Iq3 flowing through Q1 and the current I flowing through the resistor R3
Since d is the input current Icont branched, Iq1
+ Id = Icont = constant.

【0012】先ず、図2の回路を定性的に説明すると、
前述したように、MOSFET Q1,Q2,Q3はそ
れぞれしきい値電圧が負の温度特性を有するため、温度
が上昇するとQ1,Q2,Q3はそれぞれしきい値電圧
が下がり、電流を多く流そうとする。一方、抵抗R1〜
R3は正の温度特性を有するが、MOSFET Q1の
ゲート端子は抵抗R1とR2との接続ノードn2に接続
されておりQ1のゲート電圧は抵抗R1,R2の比で決
まるため、温度が変化して抵抗値が変動してもMOSF
ET Q1のゲート電圧はほぼ一定のままつまりQ1の
ドレイン電流Iq1は抵抗R1,R2の温度依存性に影響
されない。ここで、MOSFET Q1の電流パスとQ
2,Q3の電流パスを比較するとQ2,Q3は2段積み
であるため、しきい値電圧の変化量はQ1のしきい値電
圧の変化量の2倍である。そのため、温度が高くなると
抵抗R1,R2を流れる電流Igの方がQ1を流れる電
流Iq1よりも多く流れるようとする。これによって、抵
抗R1,R2を流れる電流Idが増加して、ノードn1
の電圧Vn1が高くなり、MOSFETQ4のドレイン
電流つまり抵抗R3の電流Idを多くする方向へ作用す
る。ここで、MOSFET Q4はしきい値電圧が負の
温度特性を有するため、温度が高くなるとドレイン電流
を多く流そうとするが、Q4と直列の抵抗R3は正の温
度特性を有し電流Idを減らす方向へ作用するため、互
いにキャンセルし合うことになる。従って、電流Idの
増加はMOSFET Q4のゲート電圧の上昇分によっ
て決まるようになる。そして、この電流Idはそのまま
MOSFET Q0へ流れるため、Q0のドレイン電流
は増加する。
First, qualitatively explaining the circuit of FIG.
As described above, the MOSFETs Q1, Q2, and Q3 have temperature characteristics in which the threshold voltages are negative, respectively. Therefore, when the temperature rises, the threshold voltages of the Q1, Q2, and Q3 respectively decrease, and a large amount of current flows. To do. On the other hand, the resistors R1 to R1
Although R3 has a positive temperature characteristic, the gate terminal of the MOSFET Q1 is connected to the connection node n2 between the resistors R1 and R2, and the gate voltage of Q1 is determined by the ratio of the resistors R1 and R2. MOSF even if the resistance changes
The gate voltage of ET Q1 remains almost constant, that is, the drain current Iq1 of Q1 is not affected by the temperature dependence of the resistors R1 and R2. Here, the current path and Q of MOSFET Q1
Comparing the current paths of Q2 and Q3, since Q2 and Q3 are stacked in two stages, the amount of change in the threshold voltage is twice the amount of change in the threshold voltage of Q1. Therefore, when the temperature rises, the current Ig flowing through the resistors R1 and R2 is allowed to flow more than the current Iq1 flowing through Q1. As a result, the current Id flowing through the resistors R1 and R2 increases and the node n1
Voltage Vn1 becomes high, and the drain current of the MOSFET Q4, that is, the current Id of the resistor R3 increases. Here, since the MOSFET Q4 has a negative threshold temperature characteristic, it tries to flow a large amount of drain current when the temperature rises, but the resistor R3 in series with Q4 has a positive temperature characteristic and has a current Id of Since they act in a decreasing direction, they cancel each other out. Therefore, the increase in the current Id depends on the increase in the gate voltage of the MOSFET Q4. Then, since this current Id directly flows to the MOSFET Q0, the drain current of Q0 increases.

【0013】一方、MOSFET Q0と電力増幅EF
T211とはカレントミラー接続されているため、電流
Idが増加されるとEFT211のドレイン−ソース間
に流れる電流Ibも増加されるようになる。しかるに、
CDMA方式では、電力増幅EFT211は、Q点以下
つまりドレイン電流が一定であれば電流−利得特性が負
の温度特性を示す領域で動作されるため、温度が上昇す
ると電力増幅EFT211の利得が下がることになる
が、Q0のドレイン電流Idが増加することによって電
力増幅EFT211のドレイン電流Ibも増加され、利
得を増大させる方向に作用するため、利得の低下が防止
されるようになる。なお、MOSFETQ0と電力増幅
FET211との間の抵抗R12は正の温度特性を有す
るが、R12には電流が流れないので、その温度特性に
よる電流Ibへの影響はない。
On the other hand, MOSFET Q0 and power amplification EF
Since the current mirror connection with T211 is made, when the current Id is increased, the current Ib flowing between the drain and the source of the EFT211 is also increased. However,
In the CDMA system, the power amplification EFT211 operates in a region below the Q point, that is, in a region where the current-gain characteristic shows a negative temperature characteristic when the drain current is constant. Therefore, when the temperature rises, the gain of the power amplification EFT211 decreases. However, as the drain current Id of Q0 increases, the drain current Ib of the power amplification EFT211 also increases and acts to increase the gain, so that the decrease in the gain is prevented. The resistance R12 between the MOSFET Q0 and the power amplification FET 211 has a positive temperature characteristic, but since no current flows through R12, the temperature characteristic has no effect on the current Ib.

【0014】次に、図2の回路の作用を、式を用いて説
明する。抵抗R1の抵抗値をr1、抵抗R2の抵抗値を
r2、MOSFET Q1のゲート・ソース間電圧をV
gs1、MOSFET Q2,Q3のゲート・ソース間電
圧をVgs2とおくと、抵抗R2を流れる電流Igは、次
式 Ig=(Vgs1−2Vgs2)/r2 ……(1) で表わされる。また、ノードn2の電位をVn2とおく
と、Vn2は次式 Vn2=Ig(r1+r2)+2Vgs2 ……(2) で表わされる。式(1)を式(2)に代入すると、 Vn2=(Vgs1−2Vgs2)(r1+r2)/r2+2Vgs2 =(1+r1/r2)(Vgs1−2Vgs2)+2Vgs2 =(1+r1/r2)Vgs1−2(r1/r2)Vgs2 ……(3) となる。一方、MOSFET Q0のゲート・ソース間
電圧をVgs0、MOSFET Q4のゲート・ソース間
電圧をVgs4、抵抗R3の抵抗値をr3とおくと、抵抗
R3に流れる電流Idは、次式 Id=(Vn2−Vgs4−Vgs0)/r3 ……(4) で表わされる。式(3)を式(4)に代入すると、 Id={(1+r1/r2)Vgs1−2(r1/r2)Vgs2−Vgs4−Vgs0}・r3 ……(5) となる。
Next, the operation of the circuit shown in FIG. 2 will be described using equations. The resistance value of the resistor R1 is r1, the resistance value of the resistor R2 is r2, and the gate-source voltage of the MOSFET Q1 is V
Assuming that the gate-source voltage of the MOSFETs Q2 and Q3 is Vgs2, the current Ig flowing through the resistor R2 is represented by the following equation Ig = (Vgs1-2Vgs2) / r2 (1). When the potential of the node n2 is Vn2, Vn2 is expressed by the following equation Vn2 = Ig (r1 + r2) + 2Vgs2 (2). Substituting equation (1) into equation (2), Vn2 = (Vgs1-2Vgs2) (r1 + r2) / r2 + 2Vgs2 = (1 + r1 / r2) (Vgs1-2Vgs2) + 2Vgs2 = (1 + r1 / r2) Vgs1-2 (r1 / r2 ) Vgs2 (3). On the other hand, if the gate-source voltage of the MOSFET Q0 is Vgs0, the gate-source voltage of the MOSFET Q4 is Vgs4, and the resistance value of the resistor R3 is r3, the current Id flowing through the resistor R3 is given by the following equation Id = (Vn2- Vgs4-Vgs0) / r3 (4) Substituting equation (3) into equation (4) yields Id = {(1 + r1 / r2) Vgs1-2 (r1 / r2) Vgs2-Vgs4-Vgs0} .r3 (5).

【0015】ここで、MOSFETの一般式I=β(V
gs−Vth)2/2を変形した式Vgs=√(2I/β)+
Vthを温度Tで微分して得られる次式、 ΔVgs/ΔT=√(1/2βI)ΔI/ΔT+ΔVth/
ΔT において、ΔI/ΔT≒0であるため、 ΔVgs/ΔT≒ΔVth/ΔT ……(6) と表わせる。また、MOSFET Q1,Q2,Q3,
Q4は同一チップ上に形成されているため、しきい値電
圧Vthは同じである。そのため、MOSFET Q0の
しきい値電圧をVTHとおき、式(5)を微分して式
(6)を代入すると、次式 ΔId/ΔT={−(r1/r2)ΔVth/ΔT−ΔV
TH/ΔT}/r3 が得られる。ここで、抵抗R1,R2,R3は正の温度
特性すなわちr1=正,r2=正,r3=正を有し、M
OSFETは共に負の温度特性すなわちΔVth/ΔT=
負、ΔVTH/ΔT=負との条件より、上式は(−正・負
−負)/正となることから、ΔId/ΔTは「正」とな
る。つまり、図2の回路においては、電流Idに正の温
度特性を与えることができることが分かる。従って、電
力増幅FET211のバイアス電流Ibも正の温度特性
を有することとなる。
Here, the general formula of MOSFET I = β (V
gs-Vth) 2/2 modified formula Vgs = √ (2I / β) +
The following expression obtained by differentiating Vth with temperature T, ΔVgs / ΔT = √ (1 / 2βI) ΔI / ΔT + ΔVth /
Since ΔI / ΔT≈0 at ΔT, it can be expressed as ΔVgs / ΔT≈ΔVth / ΔT (6). In addition, MOSFETs Q1, Q2, Q3
Since Q4 is formed on the same chip, the threshold voltage Vth is the same. Therefore, when the threshold voltage of the MOSFET Q0 is set to VTH and the equation (5) is differentiated and the equation (6) is substituted, the following equation ΔId / ΔT = {-(r1 / r2) ΔVth / ΔT-ΔV
TH / ΔT} / r3 is obtained. Here, the resistors R1, R2, R3 have positive temperature characteristics, that is, r1 = positive, r2 = positive, r3 = positive, and M
Both OSFETs have negative temperature characteristics, that is, ΔVth / ΔT =
Under the condition of negative and ΔVTH / ΔT = negative, the above expression is (−positive / negative−negative) / positive, and thus ΔId / ΔT is “positive”. That is, in the circuit of FIG. 2, it can be seen that the current Id can be given a positive temperature characteristic. Therefore, the bias current Ib of the power amplification FET 211 also has a positive temperature characteristic.

【0016】なお、上記説明では、MOSFET Q1
の温度特性によるQ1に流れる電流の変化分については
特に説明しなかったが、MOSFET Q1の特性変化
は式(1)のゲート・ソース間電圧Vgs1として織り込
まれているので、別途式を立てる必要はなく、バイアス
電流Ibが正の温度特性を有することは上記説明で充分
に証明される。
In the above description, the MOSFET Q1
Although the change in the current flowing through Q1 due to the temperature characteristic of is not particularly described, the characteristic change of the MOSFET Q1 is woven as the gate-source voltage Vgs1 of the equation (1), so that it is not necessary to establish another equation. It is well demonstrated in the above description that the bias current Ib has a positive temperature characteristic.

【0017】さらに、半導体集積回路の製造バラツキに
よる素子のバラツキはMOSFETよりも抵抗の方が大
きいため、実施例のバイアス回路220においては、製
造バラツキに伴なう回路の特性のバラツキは抵抗のバラ
ツキにより大きく依存するが、抵抗R3は外付け抵抗で
あってバラツキはないつまりr3=一定とみなすことが
できる。また、Q2の電流Idを表わす式(5)より、
Idは抵抗R1,R2の比r1/r2の関数となってい
ることが分かる。そのため、実施例のバイアス回路22
0は、製造バラツキに依存しない安定した電流Idを流
すことができる。また、式(5)にはMOSFET Q
4のドレイン端子に印加されるバイアス電圧Vbiasの項
がないので、バイアス電圧Vbiasとして、電圧が変化す
ることがあるバッテリなどの電源電圧を使用したとして
も何ら問題がないことが分かる。
Further, since the variation in the element due to the variation in the manufacturing of the semiconductor integrated circuit is larger than that in the MOSFET, in the bias circuit 220 of the embodiment, the variation in the characteristic of the circuit due to the variation in the manufacturing is the variation in the resistance. However, the resistance R3 is an external resistance and has no variation, that is, r3 = constant. Further, from the equation (5) representing the current Id of Q2,
It can be seen that Id is a function of the ratio r1 / r2 of the resistors R1 and R2. Therefore, the bias circuit 22 of the embodiment
With 0, a stable current Id that does not depend on manufacturing variations can flow. In addition, in equation (5), MOSFET Q
Since there is no term for the bias voltage Vbias applied to the drain terminal of No. 4, it can be seen that there is no problem even if a power supply voltage such as a battery whose voltage may change is used as the bias voltage Vbias.

【0018】上記実施例のバイアス回路およびそれを使
用した高周波電力増幅回路の動作をシミュレーションし
て得られた結果を図4および図5に示す。このうち、図
4はバイアス回路の入力電流Icontと高周波電力増幅回
路のバイアス電流Ibとの関係を、また図5は温度と高
周波電力増幅回路の利得との関係を示す。図4におい
て、◆印は温度を−20℃としたとき、□印は温度を2
5℃としたとき、▲印は温度を85℃としたときの入力
電流Icontとバイアス電流Ibとの関係をプロットした
ものである。図4より、入力電流Icontが一定ならば温
度が高くなるほどバイアス電流Ibが大きくなることが
分かる。なお、図4の各曲線の傾きはバイアス回路を構
成するMOSFET Q1〜Q4のサイズ比および抵抗
R1,R2の抵抗比によって適宜決定することができ
る。図5において、破線Bは入力電流Icontを抵抗R3
を介して直接MOSFETQ0に与えるようにした図8
の従来のバイアス回路を用いた場合における温度と高周
波電力増幅回路の利得との関係を、また実線Aは上記実
施例のバイアス回路を用いた場合における温度と高周波
電力増幅回路の利得との関係を示す。図5より、従来の
バイアス回路を用いた場合には温度が−20℃から85
℃に変化すると利得が26.5dBから23.5dBへ
と約3dBも落ちてしまうが、実施例のバイアス回路を
用いた場合には温度が−20℃から85℃に変化しても
利得は26.2dBから24.8dBへと1.4dBし
か落ちないことが分かる。
The results obtained by simulating the operation of the bias circuit of the above embodiment and the high frequency power amplifier circuit using the same are shown in FIGS. Of these, FIG. 4 shows the relationship between the input current Icont of the bias circuit and the bias current Ib of the high frequency power amplifier circuit, and FIG. 5 shows the relationship between the temperature and the gain of the high frequency power amplifier circuit. In Fig. 4, ♦ indicates the temperature is -20 ° C and □ indicates the temperature is 2
At 5 ° C., the symbol ▴ plots the relationship between the input current Icont and the bias current Ib when the temperature is 85 ° C. It can be seen from FIG. 4 that if the input current Icont is constant, the bias current Ib increases as the temperature increases. The slope of each curve in FIG. 4 can be appropriately determined by the size ratio of the MOSFETs Q1 to Q4 and the resistance ratio of the resistors R1 and R2 that form the bias circuit. In FIG. 5, the broken line B indicates the input current Icont to the resistor R3.
8 which is directly applied to the MOSFET Q0 via
The relationship between the temperature and the gain of the high frequency power amplifier circuit in the case of using the conventional bias circuit, and the solid line A represents the relationship between the temperature and the gain of the high frequency power amplifier circuit in the case of using the bias circuit of the above embodiment. Show. From FIG. 5, when the conventional bias circuit is used, the temperature rises from -20 ° C to 85 ° C.
When the temperature is changed to ° C, the gain drops from 26.5 dB to 23.5 dB by about 3 dB, but when the bias circuit of the embodiment is used, the gain is 26 even when the temperature changes from -20 ° C to 85 ° C. It can be seen that only 1.4 dB drops from .2 dB to 24.8 dB.

【0019】次に、本発明に係るバイアス回路の第2の
実施例を、図3を用いて説明する。前記実施例は、バイ
アス回路の入力が電流Icontであったのに対し、第2の
実施例は定電圧Vcontを入力とするバイアス回路の例を
示す。第1の実施例の回路を構成する素子と同一の素子
には同一の符号が付されている。すなわち、符号211
は高周波電力増幅回路を構成する電力増幅FET、Q0
は該電力増幅FET211とカレントミラー接続された
MOSFETであり、MOSFET Q0は電力増幅F
ET211と同一の半導体チップに同時に形成される。
つまり、MOSFET Q0と電力増幅FET211は
同一の構造を有する。この実施例のバイアス回路は、バ
ッテリ電圧のようなバイアス電圧Vbiasが印加された端
子と接地点との間に、上記カレントミラー用MOSFE
T Q0と直列にMOSFET Q11と抵抗R3とM
OSFET Q12,Q13が接続され、MOSFET
Q11のゲート端子に前述のAPC回路などから供給
される温度に関わらず一定の電圧Vcontが印加される。
また、MOSFET Q12,Q13は各々ゲートとド
レインが結合され、ダイオードとして動作する。特に制
限されるものでないが、MOSFET Q11,Q1
2,Q13は同一の半導体チップに同一構造の素子とし
て形成され、抵抗R3はバイアス電流Ibを調整するた
めの外付け素子として接続される。
Next, a second embodiment of the bias circuit according to the present invention will be described with reference to FIG. While the input of the bias circuit is the current Icont in the above embodiment, the second embodiment shows an example of the bias circuit in which the constant voltage Vcont is input. The same elements as those constituting the circuit of the first embodiment are designated by the same reference numerals. That is, reference numeral 211
Is a power amplification FET that constitutes a high frequency power amplification circuit, Q0
Is a MOSFET connected in current mirror with the power amplification FET 211, and MOSFET Q0 is a power amplification F
It is simultaneously formed on the same semiconductor chip as the ET211.
That is, the MOSFET Q0 and the power amplification FET 211 have the same structure. In the bias circuit of this embodiment, the current mirror MOSFE is provided between a terminal to which a bias voltage Vbias such as a battery voltage is applied and a ground point.
MOSFET Q11, resistors R3 and M in series with T Q0
OSFETs Q12 and Q13 are connected, and MOSFET
A constant voltage Vcont is applied to the gate terminal of Q11 regardless of the temperature supplied from the APC circuit or the like.
The MOSFETs Q12 and Q13 each have a gate and a drain coupled to each other and operate as a diode. Although not particularly limited, MOSFETs Q11, Q1
2, Q13 are formed on the same semiconductor chip as elements having the same structure, and the resistor R3 is connected as an external element for adjusting the bias current Ib.

【0020】この実施例のバイアス回路は、MOSFE
T Q11,Q12,Q13のしきい値電圧をVth、ゲ
ート・ソース間電圧をVgs、電力増幅FET211のし
きい値電圧をVTH、ゲート・ソース間電圧をVGS、抵抗
R3の抵抗値をr3、R3に流れる電流をIddとおく
と、 Idd=(Vcont−3Vgs−VGS)/r3 で表わされる。この式を温度Tで微分すると、次式 ΔIdd/ΔT=(Vcont/ΔT−3Vth/ΔT−VTH/
ΔT)/r3 が得られる。ここで、定電圧Vcontは温度に関わらず一
定との条件から、上式の第1項は0となるので、上式
は、 ΔIdd/ΔT=(−3Vth/ΔT−VTH/ΔT)/r3 ……(8) となる。MOSFET Q11,Q12,Q13および
電力増幅FET211のしきい値電圧は負の温度特性を
有し、抵抗R3は正の温度特性を有することから、式
(8)はΔIdd/ΔT=(−負−負)/正=(正+正)
/正となり、ΔIdd/ΔTは「正」つまりMOSFET
Q0に流れる電流Iddは正の温度特性を有することが
分かる。従って、Q0とカレントミラー接続されIddと
同一の電流が流される電力増幅FET211のバイアス
電流Ibも正の温度特性を有することとなる。その結
果、温度が上昇して電力増幅EFT211の素子として
の利得が下がったとしても、Q0のドレイン電流Iddが
増加することによって電力増幅EFT211のドレイン
電流Ibも増加され、利得を増大させる方向に作用する
ため、利得の低下が防止されるようになる。
The bias circuit of this embodiment is a MOSFE
The threshold voltage of TQ11, Q12, Q13 is Vth, the gate-source voltage is Vgs, the threshold voltage of the power amplification FET 211 is VTH, the gate-source voltage is VGS, and the resistance value of the resistor R3 is r3, R3. Let Idd be the current flowing through the line. Idd = (Vcont-3Vgs-VGS) / r3. When this equation is differentiated by the temperature T, the following equation ΔIdd / ΔT = (Vcont / ΔT−3Vth / ΔT−VTH /
ΔT) / r3 is obtained. From the condition that the constant voltage Vcont is constant irrespective of temperature, the first term of the above equation is 0. Therefore, the above equation is ΔIdd / ΔT = (− 3Vth / ΔT−VTH / ΔT) / r3 ... … (8) Since the threshold voltages of the MOSFETs Q11, Q12, Q13 and the power amplification FET 211 have a negative temperature characteristic, and the resistor R3 has a positive temperature characteristic, the equation (8) has ΔIdd / ΔT = (− negative−negative ) / Positive = (Positive + Positive)
/ Becomes positive, and ΔIdd / ΔT is “positive”, that is, MOSFET
It can be seen that the current Idd flowing through Q0 has a positive temperature characteristic. Therefore, the bias current Ib of the power amplification FET 211, which is current-mirror connected to Q0 and in which the same current as Idd flows, also has a positive temperature characteristic. As a result, even if the temperature rises and the gain of the power amplification EFT211 as an element decreases, the drain current Idd of Q0 increases and the drain current Ib of the power amplification EFT211 also increases, which acts to increase the gain. Therefore, the decrease in gain is prevented.

【0021】図6は、上記実施例の高周波電力増幅回路
およびバイアス回路を使用したCDMA方式による送受
信が可能な無線通信システムの一例としての携帯電話機
の構成例を示す。図6において、ANTは信号電波の送
受信用アンテナ、100はフロントエンド・モジュー
ル、200は上記実施例の高周波電力増幅回路およびバ
イアス回路からなる高周波パワーモジュール、300は
音声信号をベースバンド信号に変換したり受信信号を音
声信号に変換したり変調方式切替え信号やバンド切替え
信号を生成したりするベースバンド回路、400は受信
信号をダウンコンバートして復調しベースバンド信号を
生成したり送信信号を変調したりする変復調用LSI、
CPLは高周波パワーモジュール200の出力レベルを
検出するカプラ、APCはベースバンド回路300から
出力される出力レベル指定信号と上記カプラCPLの検
出信号を比較して出力レベルを指定されたレベルに一致
させるようなバイアス電流Icontを生成して高周波パワ
ーモジュール200へ出力する自動パワー制御回路、F
LTは受信信号からノイズや妨害波を除去するフィル
タ、LNAは受信信号を増幅して変復調用LSI400
へ渡すロウノイズアンプである。
FIG. 6 shows a configuration example of a mobile phone as an example of a wireless communication system capable of transmitting and receiving by the CDMA system using the high frequency power amplifier circuit and the bias circuit of the above embodiment. In FIG. 6, ANT is an antenna for transmitting and receiving a signal radio wave, 100 is a front end module, 200 is a high frequency power module including the high frequency power amplifier circuit and the bias circuit of the above embodiment, and 300 converts a voice signal into a baseband signal. A baseband circuit that converts a received signal into a voice signal or generates a modulation method switching signal or a band switching signal. 400 down-converts and demodulates the received signal to generate a baseband signal or modulate a transmitted signal. Modulation and demodulation LSI,
CPL is a coupler for detecting the output level of the high frequency power module 200, and APC is for comparing the output level designation signal output from the baseband circuit 300 with the detection signal of the coupler CPL so as to match the output level with the designated level. Power control circuit for generating a high bias current Icont and outputting it to the high frequency power module 200, F
LT is a filter that removes noise and interference waves from the received signal, and LNA is the modulation / demodulation LSI 400 that amplifies the received signal.
It is a low noise amplifier to be passed to.

【0022】ベースバンド回路300は、マイクロプロ
セッサ(CPU)やDSP(Digital Signal Processo
r)、半導体メモリなど複数の半導体集積回路で構成す
ることができる。ベースバンド回路300は、基地局か
ら送られてくる要求送信レベルに応じて出力レベル指示
信号を自動パワー制御回路APCへ出力する。フロント
エンド・モジュール100は、高周波パワーモジュール
200の送信出力端子に接続されてインピーダンスの整
合を行なうインピーダンス整合回路121、高調波を減
衰させるロウパスフィルタ122、送受信切替え用のス
イッチ回路123などから構成され、これらの回路およ
び素子は1つのセラミック基板上に実装されてモジュー
ルとして構成されている。送受信切替え用のスイッチ回
路123の切替え信号CNTはベースバンド回路300
から供給される。
The baseband circuit 300 is a microprocessor (CPU) or DSP (Digital Signal Processo).
r), a semiconductor memory or other semiconductor integrated circuits. The baseband circuit 300 outputs an output level instruction signal to the automatic power control circuit APC according to the requested transmission level sent from the base station. The front-end module 100 is composed of an impedance matching circuit 121 that is connected to a transmission output terminal of the high frequency power module 200 to perform impedance matching, a low pass filter 122 that attenuates harmonics, a switch circuit 123 for switching between transmission and reception, and the like. , These circuits and elements are mounted on one ceramic substrate to form a module. The switching signal CNT of the switch circuit 123 for switching between transmission and reception is the baseband circuit 300.
Supplied from

【0023】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、前
記実施例の高周波電力増幅回路では、電力増幅FETを
2段接続して、2段目を並列形態の2個のFET21
2,213で構成しているが、2段目を1つのFETで
構成しその後にもう1段FETを接続した3段構成とし
たり、4段以上の構成としても良い。また、前記実施例
では、電力増幅FET211〜213とこれらとカレン
トミラー接続されたMOSFET Q0,Q0’を1つ
の半導体集積回路として構成し、バイアス回路を構成す
るMOSFET Q1〜Q4および抵抗R1,R2を別
の半導体集積回路で構成していると説明したが、これら
の素子すなわち電力増幅FET211〜213とバイア
ス回路220とを一つの半導体チップ上に形成して半導
体集積回路として構成するようにしても良い。
Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, the invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say. For example, in the high-frequency power amplifier circuit of the above-mentioned embodiment, two power amplifier FETs are connected, and the second stage has two FETs 21 arranged in parallel.
2, 213, the second stage may be configured by one FET and then the other stage FET may be connected to form a three-stage configuration, or a configuration of four or more stages. Further, in the above-described embodiment, the power amplification FETs 211 to 213 and the MOSFETs Q0 and Q0 ′ connected to them in a current mirror are configured as one semiconductor integrated circuit, and the MOSFETs Q1 to Q4 and the resistors R1 and R2 that configure the bias circuit are formed. Although it is described that the semiconductor integrated circuit is configured by another semiconductor integrated circuit, these elements, that is, the power amplification FETs 211 to 213 and the bias circuit 220 may be formed on one semiconductor chip to configure as a semiconductor integrated circuit. .

【0024】さらに、上記実施例では、電力増幅FET
がリニア領域で動作されるCDMA方式の通信用の高周
波電力増幅回路について説明したが、CDMA方式の他
に、例えばデータ通信をGMSK変調の位相シフトにさ
らに振幅シフトを加えたEDGE(Enhanced Data Rate
s for GMS Evolution)方式で行なう高周波電力増幅回
路の電力増幅FETもリニア領域で動作されるので、前
記実施例のバイアス回路を適用することで温度の上昇に
よる利得の低下を防止することができる。また、CDM
A方式と、EDGEモードを有するGSM方式やDCS
方式など、複数の通信方式による通信が可能に構成され
るデュアルバンドあるいはトリプルバンド方式の通信シ
ステムにおいては、CDMAの高周波電力増幅回路のバ
イアス回路とGSM方式やDCS方式のEDGEモード
で動作する高周波電力増幅回路のバイアス回路とを共用
させるように構成しても良い。
Further, in the above embodiment, the power amplification FET
Has described a high frequency power amplifier circuit for CDMA communication operated in a linear region. For example, in addition to the CDMA system, for example, in data communication, EDGE (Enhanced Data Rate) in which an amplitude shift is further added to a phase shift of GMSK modulation.
Since the power amplification FET of the high frequency power amplification circuit that operates in the s for GMS Evolution) system is also operated in the linear region, it is possible to prevent the gain from decreasing due to the temperature rise by applying the bias circuit of the above-described embodiment. Also, CDM
A system, GSM system having EDGE mode and DCS
In a dual-band or triple-band communication system configured to enable communication by a plurality of communication methods, such as a CDMA system, a bias circuit of a CDMA high-frequency power amplifier circuit and a high-frequency power operating in an EDGE mode of a GSM method or a DCS method. It may be configured to be shared with the bias circuit of the amplifier circuit.

【0025】[0025]

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以
下のとおりである。すなわち、本発明に従うと、電界効
果トランジスタからなる電力増幅用素子により入力高周
波信号を増幅して出力する高周波電力増幅回路におい
て、温度が変動して電力増幅用素子のゲート・ソース間
電圧−ドレイン電流特性が変化するとそれを補償するよ
うなバイアスがバイアス回路によって与えられてバイア
ス電流が変化されるため、高周波電力増幅回路の利得の
温度依存性が低減されるようになるという効果がある。
The effects obtained by the typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows. That is, according to the present invention, in a high frequency power amplifier circuit that amplifies and outputs an input high frequency signal by a power amplifier element including a field effect transistor, the temperature fluctuates and the gate-source voltage-drain current of the power amplifier element increases. When the characteristic changes, a bias that compensates for the change is applied by the bias circuit and the bias current is changed, so that the temperature dependence of the gain of the high-frequency power amplifier circuit is reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る高周波電力増幅回路とバイアス回
路の一実施例を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a high frequency power amplifier circuit and a bias circuit according to the present invention.

【図2】第1の実施例におけるバイアス回路の作用を説
明するため素子の位置を変えて示したバイアス回路の回
路構成図である。
FIG. 2 is a circuit configuration diagram of the bias circuit in which the positions of elements are changed to explain the operation of the bias circuit in the first embodiment.

【図3】バイアス回路の第2の実施例を示す回路図であ
る。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a second embodiment of the bias circuit.

【図4】第1の実施例におけるバイアス回路の入力電流
と高周波電力増幅回路のバイアス電流との関係を示すグ
ラフである。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the input current of the bias circuit and the bias current of the high frequency power amplifier circuit in the first embodiment.

【図5】本発明を適用した場合と適用しない場合の高周
波電力増幅回路の利得の温度依存性を示すグラフであ
る。
FIG. 5 is a graph showing the temperature dependence of the gain of the high frequency power amplifier circuit when the present invention is applied and when it is not applied.

【図6】実施例の高周波電力増幅回路およびバイアス回
路を使用したCDMA方式による送受信が可能な携帯電
話機システムの一例を示すブロック構成図である。
FIG. 6 is a block diagram showing an example of a mobile phone system capable of transmitting and receiving in a CDMA system using the high frequency power amplifier circuit and the bias circuit of the embodiment.

【図7】高周波電力増幅回路の電力増幅FETの高温時
と低温時におけるゲート・ソース間電圧−ドレイン電流
特性を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing gate-source voltage-drain current characteristics at high temperature and low temperature of the power amplification FET of the high-frequency power amplification circuit.

【図8】従来の高周波電力増幅回路のバイアス回路の一
例を示す回路構成図である。
FIG. 8 is a circuit configuration diagram showing an example of a bias circuit of a conventional high frequency power amplifier circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

210 高周波電力増幅回路 211〜213 電力増幅FET 220 バイアス回路 230 動作電圧発生回路 221 電力増幅FET211のバイアス回路 222 電力増幅FET212,213のバイアス回路 210 High frequency power amplifier circuit 211-213 power amplification FET 220 bias circuit 230 Operating voltage generator 221 Bias circuit of power amplification FET 211 222 Bias circuit of power amplification FETs 212 and 213

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永森 啓之 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体グループ内 (72)発明者 三好 政行 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町180番地 日 立通信システム株式会社内 Fターム(参考) 5J067 AA01 AA04 AA41 CA02 CA22 CA81 FA10 HA10 HA25 HA29 HA33 HA39 KA12 KA29 KA42 KA53 KS01 KS11 LS12 MA22 SA14 TA01 TA02 TA04 5J090 AA01 AA04 AA41 CA02 CA22 CA81 CN04 FN03 FN06 HA10 HA25 HA29 HA33 HA39 KA12 KA29 KA42 KA53 MA22 SA14 TA01 TA02 TA04 5J500 AA01 AA04 AA41 AC02 AC22 AC81 AH10 AH25 AH29 AH33 AH39 AK12 AK29 AK42 AK53 AM22 AS14 AT01 AT02 AT04 NC04 NF03 NF06    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Hiroyuki Nagamori             5-20-1 Kamimizuhonmachi, Kodaira-shi, Tokyo Stock             Ceremony Company within Hitachi Semiconductor Group (72) Inventor Masayuki Miyoshi             180 Totsuka-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa             Standing Communication System Co., Ltd. F-term (reference) 5J067 AA01 AA04 AA41 CA02 CA22                       CA81 FA10 HA10 HA25 HA29                       HA33 HA39 KA12 KA29 KA42                       KA53 KS01 KS11 LS12 MA22                       SA14 TA01 TA02 TA04                 5J090 AA01 AA04 AA41 CA02 CA22                       CA81 CN04 FN03 FN06 HA10                       HA25 HA29 HA33 HA39 KA12                       KA29 KA42 KA53 MA22 SA14                       TA01 TA02 TA04                 5J500 AA01 AA04 AA41 AC02 AC22                       AC81 AH10 AH25 AH29 AH33                       AH39 AK12 AK29 AK42 AK53                       AM22 AS14 AT01 AT02 AT04                       NC04 NF03 NF06

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電界効果トランジスタを具備し、入力信
号を増幅して出力する高周波電力増幅回路と、前記電界
効果トランジスタのゲートに印加され該電界効果トラン
ジスタをリニア領域で動作させるようなバイアスを与え
るバイアス回路とを含む無線通信用電子部品であって、 前記バイアス回路は、前記電界効果トランジスタの利得
およびドレイン電流の温度依存性を補償するようなバイ
アス電圧を生成するように構成されていることを特徴と
する無線通信用電子部品。
1. A high-frequency power amplifier circuit comprising a field effect transistor for amplifying and outputting an input signal, and a bias applied to the gate of the field effect transistor to operate the field effect transistor in a linear region. A wireless communication electronic component including a bias circuit, wherein the bias circuit is configured to generate a bias voltage that compensates for the temperature dependence of the gain and drain current of the field effect transistor. Characteristic electronic components for wireless communication.
【請求項2】 電界効果トランジスタからなる電力増幅
用素子により入力高周波信号を増幅して出力する高周波
電力増幅回路と、前記電力増幅用素子のゲートに印加さ
れ該電力増幅用素子をリニア領域で動作させるようなバ
イアスを与えるバイアス回路とを含む無線通信用電子部
品であって、 前記バイアス回路は、前記電力増幅用素子とカレントミ
ラー接続された第1のMOSFETを備え、前記電力増
幅用素子にその利得およびドレイン電流の温度依存性を
補償するようなバイアス電流を流すように構成されてい
ることを特徴とする無線通信用電子部品。
2. A high-frequency power amplifier circuit for amplifying and outputting an input high-frequency signal by a power amplification element composed of a field effect transistor, and a power amplification element applied to the gate of the power amplification element to operate the power amplification element in a linear region. A bias circuit for applying such a bias, wherein the bias circuit includes a first MOSFET that is current-mirror connected to the power amplification element, and the bias circuit includes the first MOSFET. An electronic component for wireless communication, which is configured to flow a bias current that compensates for temperature dependence of gain and drain current.
【請求項3】 前記バイアス回路は、前記第1のMOS
FETのドレインと電源電圧端子との間に直列に接続さ
れた第1の抵抗および第2のMOSFETと、定電流が
入力される電流入力端子と接地点との間に直列に接続さ
れた第2の抵抗、第3の抵抗、第3のMOSFETおよ
び第4のMOSFETと、前記第2のMOSFETのゲ
ート端子と接地点との間に接続された第5のMOSFE
Tとを含み、前記第2のMOSFETはゲートが前記電
流入力端子に接続され、前記第3のMOSFETおよび
第4のMOSFETはそれぞれゲートとドレインが結合
されたダイオード接続とされ、前記第5のMOSFET
は前記第2および第3の抵抗の接続ノードにゲートが接
続されていることを特徴とする請求項2に記載の無線通
信用電子部品。
3. The bias circuit comprises the first MOS
A first resistor and a second MOSFET that are connected in series between the drain of the FET and the power supply voltage terminal, and a second resistor that is connected in series between the current input terminal to which the constant current is input and the ground point. Of the second MOSFET, the third resistor, the third MOSFET and the fourth MOSFET, and the fifth MOSFET connected between the gate terminal of the second MOSFET and the ground point.
And T, the gate of the second MOSFET is connected to the current input terminal, the third MOSFET and the fourth MOSFET are diode-connected with their gates and drains coupled, and the fifth MOSFET is included.
The electronic component for wireless communication according to claim 2, wherein a gate is connected to a connection node of the second and third resistors.
【請求項4】 前記電力増幅用素子のゲートと前記第1
のMOSFETのゲートとの間には第4の抵抗が接続さ
れていることを特徴とする請求項3に記載の無線通信用
電子部品。
4. The gate of the power amplification element and the first
The electronic component for wireless communication according to claim 3, wherein a fourth resistor is connected between the gate of the MOSFET and the gate of the MOSFET.
【請求項5】 前記電力増幅用素子と前記第1のMOS
FETと前記第4の抵抗とは第1の半導体チップ上に形
成され、前記第2〜第5のMOSFETと第2の抵抗お
よび第3の抵抗は第2の半導体チップ上に形成され、前
記第1の抵抗は個別の部品として形成され、該個別部品
と前記第1の半導体チップと第2の半導体チップとが1
つの絶縁基板上に実装されてなることを特徴とする請求
項4に記載の無線通信用電子部品。
5. The power amplification element and the first MOS
The FET and the fourth resistor are formed on the first semiconductor chip, the second to fifth MOSFETs, the second resistor and the third resistor are formed on the second semiconductor chip, and The resistor 1 is formed as an individual component, and the individual component, the first semiconductor chip, and the second semiconductor chip are 1
The electronic component for wireless communication according to claim 4, wherein the electronic component is mounted on one insulating substrate.
【請求項6】 前記高周波電力増幅回路は複数の電力増
幅用素子が従属接続されて多段に構成され、前記第1〜
第5のMOSFETと第1〜第4の抵抗からなるバイア
ス回路は、前記各段の電力増幅用素子に対応してそれぞ
れ設けられていることを特徴とする請求項3〜5のいず
れかに記載の無線通信用電子部品。
6. The high-frequency power amplifier circuit is configured in multiple stages by cascade-connecting a plurality of power amplifier elements,
The bias circuit composed of a fifth MOSFET and first to fourth resistors is provided corresponding to each of the power amplifying elements of each stage, and the bias circuit is provided. Wireless communication electronic components.
【請求項7】 前記バイアス回路は、前記電界効果トラ
ンジスタとカレントミラー接続された第1のMOSFE
Tと、該第1のMOSFETのドレインと電源電圧端子
との間に直列に接続された第2および第3のMOSFE
Tと第1の抵抗と第4のMOSFETとを含み、前記第
4のMOSFETのゲートには定電圧が入力される電圧
入力端子に接続されていることを特徴とする請求項1に
記載の無線通信用電子部品。
7. The first bias circuit is connected to the field effect transistor in a current mirror connection.
T, and second and third MOSFEs connected in series between the drain of the first MOSFET and the power supply voltage terminal.
The wireless device according to claim 1, further comprising T, a first resistor, and a fourth MOSFET, wherein a gate of the fourth MOSFET is connected to a voltage input terminal to which a constant voltage is input. Electronic components for communication.
【請求項8】 電界効果トランジスタを具備し、入力信
号を増幅して出力する高周波電力増幅回路と、前記電界
効果トランジスタのゲートに印加され該電界効果トラン
ジスタをリニア領域で動作させるようなバイアスを与え
るバイアス回路とを備え、1個の半導体チップ上に形成
された通信用半導体集積回路であって、 前記バイアス回路は、前記電界効果トランジスタの利得
およびドレイン電流の温度依存性を補償するようなバイ
アス電圧を生成するように構成されていることを特徴と
する通信用半導体集積回路。
8. A high frequency power amplifier circuit comprising a field effect transistor for amplifying and outputting an input signal, and a bias applied to the gate of the field effect transistor to operate the field effect transistor in a linear region. A semiconductor integrated circuit for communication, comprising a bias circuit and formed on one semiconductor chip, wherein the bias circuit is a bias voltage for compensating the temperature dependence of gain and drain current of the field effect transistor. A semiconductor integrated circuit for communication, characterized in that it is configured to generate.
【請求項9】 前記バイアス回路は、前記電界効果トラ
ンジスタとカレントミラー接続された第1のMOSFE
Tと、該第1のMOSFETのドレインと電源電圧端子
との間に直列に接続された第1の抵抗および第2のMO
SFETと、定電流が入力される電流入力端子と接地点
との間に直列に接続された第2の抵抗、第3の抵抗、第
3のMOSFETおよび第4のMOSFETと、前記第
2のMOSFETのゲート端子と接地点との間に接続さ
れた第5のMOSFETとを含み、前記第1の抵抗を除
く素子は前記1個の半導体チップ上に形成され、前記第
2のMOSFETはゲートが前記電流入力端子に接続さ
れ、前記第3のMOSFETおよび第4のMOSFET
はそれぞれゲートとドレインが結合されたダイオード接
続とされ、前記第5のMOSFETは前記第2の抵抗と
第3の抵抗との接続ノードにゲートが接続されているこ
とを特徴とする請求項8に記載の通信用半導体集積回
路。
9. The bias circuit includes a first MOSFE connected to the field effect transistor in a current mirror.
T, a first resistor and a second MO connected in series between the drain of the first MOSFET and the power supply voltage terminal.
An SFET, a second resistor, a third resistor, a third MOSFET and a fourth MOSFET, which are connected in series between a current input terminal to which a constant current is input and a ground point; and the second MOSFET. A fifth MOSFET connected between the gate terminal and a ground point of the second MOSFET, the element other than the first resistor is formed on the one semiconductor chip, and the second MOSFET has a gate A third MOSFET and a fourth MOSFET which are connected to a current input terminal
9. Each of the fifth MOSFETs is a diode connection in which a gate and a drain are coupled to each other, and the fifth MOSFET has a gate connected to a connection node between the second resistor and the third resistor. A semiconductor integrated circuit for communication according to claim 1.
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