JP2006311038A - Amplifier - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、増幅器およびそれを用いた情報通信機器に関する。例えば、高周波で動作する無線送信機に使用される増幅器およびそれを搭載した情報通信機器に関する。 The present invention relates to an amplifier and an information communication device using the amplifier. For example, the present invention relates to an amplifier used in a radio transmitter that operates at a high frequency and an information communication device equipped with the amplifier.
携帯電話などの携帯端末においては、近年の多機能化に伴う消費電力の増加に伴い、電池の寿命は大きな課題となっている。特に無線回路の送信部における増幅器は大きな電力を消費して電池の寿命に大きく影響するため、増幅器の消費電力低減は重要な課題である。 In portable terminals such as mobile phones, the life of batteries has become a major issue as power consumption increases with the recent increase in functionality. In particular, an amplifier in a transmission unit of a radio circuit consumes a large amount of power and greatly affects the life of a battery. Therefore, reducing the power consumption of the amplifier is an important issue.
図5は、携帯電話に用いられる従来の増幅器の構成である(第1の従来技術)。一般に携帯電話の出力信号の電力レベルは基地局との距離に応じて変化し、例えば基地局との距離が近い場合は携帯電話の出力レベルは小さくなる。増幅器は、入力端子502から入力する制御信号により増幅器の出力端子504から出力する電力レベルを制御する構成である(例えば、特許文献1)。
FIG. 5 shows a configuration of a conventional amplifier used in a mobile phone (first conventional technology). In general, the power level of the output signal of the mobile phone changes according to the distance to the base station. For example, when the distance to the base station is short, the output level of the mobile phone becomes small. The amplifier is configured to control the power level output from the
ここで、入力端子501から入力される高周波信号は、多段増幅器のドライバー段増幅器510と終段増幅器511が飽和するのに十分な電力レベルに設定されている。一方、入力端子502から入力される制御信号はシリーズレギュレータ505に入力され増幅される。このシリーズレギュレータ505は、誤差増幅器506、抵抗507、508、エミッタフォロア型トランジスタ522から構成されている。このシリーズレギュレータ505にて増幅された後、ドライバー段増幅器510と終段増幅器511の電源部に入力される。ここで、ドライバー段増幅器510と終段増幅器511の電源部は接合されており、シリーズレギュレータ505の出力により同一電位で制御されるため、より低い出力電力から高い出力電力レベルまで出力することが可能である。
Here, the high-frequency signal input from the
ここで、図3の実線は入力端子502から入力される制御信号電圧Vinと出力端子504から出力される出力電圧Voutの関係を示した図である。図5の構成ではドライバー段増幅器510と終段増幅器511は飽和しており、電圧Voutは電圧Vinに比例して増加するため、電圧Vinによって高い精度で電圧Voutを制御することが可能である。
Here, the solid line in FIG. 3 shows the relationship between the control signal voltage Vin input from the
通常、増幅器の電源部には高周波信号が漏れないように比較的大きなコンデンサを接続するが、ドライバー段増幅器510と終段増幅器511の電源部を近接した場所で接続するような場合、容量としてより大きなコンデンサを電源部に接続して、ドライバー段増幅器510と終段増幅器511の間のアイソレーションを確保する必要がある。もし十分なアイソレーションが確保できないと、終段増幅器511の電源部から漏れた信号がドライバー段増幅器510の電源部にフィードバックされて発振するなど不安定な状態となりやすい。また、図5に示す増幅器では、入力端子502から入力される制御信号が高速の場合、ドライバー段増幅器510と終段増幅器511の電源部に容量値の大きなコンデンサを接続すれば、ドライバー段増幅器510と終段増幅器511の電源部への入力制御信号が歪んでしまうという問題がある。
Normally, a relatively large capacitor is connected to the power supply unit of the amplifier so that a high-frequency signal does not leak. However, when the power supply unit of the
図6は従来の増幅器の他の構成例である(第2の従来技術)。多段増幅器のドライバー段増幅器610と終段増幅器611に個別のシリーズレギュレータ605および620を接続して多段増幅器の出力電力を制御する方式である。シリーズレギュレータ605は、抵抗613、614、エミッタフォロア型トランジスタ612、誤差増幅器615からなり、また、シリーズレギュレータ620は、抵抗623、624、エミッタフォロア型トランジスタ622、誤差増幅器621からなる。この方式は、図6の構成からも明らかなように、ドライバー段増幅器610と終段増幅器611の電源部が接続されておらずアイソレーションが確保されているため、動作は安定である。ただし、この方式はシリーズレギュレータを個別に有しているために複数個の誤差増幅器が必要となり、その結果、サイズやコストが増大する上、誤差増幅器の消費電力が増大してしまうという問題がある。
以上のように、従来の、シリーズレギュレータを用いて多段増幅器の電源電圧を制御し多段増幅器の出力電力を制御する増幅器において、ドライバー段増幅器と終段増幅器の電源部を接続して同一電位で制御する構成(第1の従来技術)では、高速の制御信号で多段増幅器の電源部を駆動する場合には、容量値の大きなコンデンサを多段増幅器の電源部に接続してドライバー段増幅器と終段増幅器のアイソレーションを確保することが困難であるため、終段増幅器からの出力電力がドライバー段増幅器の電源部にフィードバックされて発振するなど、不安定な状態となりやすいという問題があった。 As described above, in a conventional amplifier that uses a series regulator to control the power supply voltage of a multistage amplifier and control the output power of the multistage amplifier, the driver stage amplifier and the power supply section of the final stage amplifier are connected and controlled at the same potential. In the configuration (first prior art), when the power supply unit of the multistage amplifier is driven by a high-speed control signal, a capacitor having a large capacitance value is connected to the power supply unit of the multistage amplifier to thereby connect the driver stage amplifier and the final stage amplifier. Therefore, there is a problem that the output power from the final stage amplifier is fed back to the power supply unit of the driver stage amplifier and oscillates.
また、多段増幅器のドライバー段増幅器と終段増幅器に個別のシリーズレギュレータを接続して多段増幅器の出力を制御する方式(第2の従来技術)では、複数個の誤差増幅器が必要となり、その結果、サイズ、コストが増大し、また誤差増幅器の消費電力が増大するという問題があった。 In addition, in the method of controlling the output of the multistage amplifier by connecting individual series regulators to the driver stage amplifier and the final stage amplifier of the multistage amplifier (second prior art), a plurality of error amplifiers are required. There is a problem that the size and cost increase and the power consumption of the error amplifier increases.
本発明は上記従来の問題を解決し、低コストでサイズが小さく、安定に低消費電力で動作する増幅器を実現することを目的とするものである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-described conventional problems, and to realize an amplifier that is low in cost, small in size, and stably operates with low power consumption.
上述した課題を解決するために、本発明は、入力制御信号によって出力電力が調整される増幅器において、前記入力制御信号が入力される誤差増幅器と、前記誤差増幅器の出力を入力する第1のエミッタフォロア型トランジスタと第2のエミッタフォロア型トランジスタと、前記第2のエミッタフォロア型トランジスタの出力と前記誤差増幅器の入力を結合する帰還回路と、前記第1のエミッタフォロア型トランジスタの出力により電源電圧が印加されるドライバー段トランジスタと、前記ドライバー段トランジスタの出力に接続され、かつ前記第2のエミッタフォロア型トランジスタの出力により電源電圧が印加される終段トランジスタと、を有することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides an amplifier in which output power is adjusted by an input control signal, an error amplifier to which the input control signal is input, and a first emitter that inputs an output of the error amplifier. The follower type transistor, the second emitter follower type transistor, the feedback circuit that couples the output of the second emitter follower type transistor and the input of the error amplifier, and the output of the first emitter follower type transistor provide the power supply voltage. A driver stage transistor to be applied; and a final stage transistor connected to an output of the driver stage transistor and to which a power supply voltage is applied by an output of the second emitter follower transistor.
また、前記誤差増幅器の出力を分圧して前記第1のエミッタフォロア型トランジスタに入力する分圧回路を有することを特徴とする。 In addition, a voltage dividing circuit for dividing the output of the error amplifier and inputting the divided voltage to the first emitter follower transistor is provided.
また、前記分圧回路にDCバイアス電圧を付与することを特徴とする。 Further, a DC bias voltage is applied to the voltage dividing circuit.
また、前記増幅器の出力電力に応じて前記分圧回路の分圧比を調整することによって、第1のエミッタフォロア型トランジスタの出力電圧が調整されることを特徴とする。 The output voltage of the first emitter follower transistor is adjusted by adjusting a voltage dividing ratio of the voltage dividing circuit in accordance with output power of the amplifier.
また、前記第1のエミッタフォロア型トランジスタの電源端子に第1のスイッチングレギュレータが接続され、前記第2のエミッタフォロア型トランジスタの電源端子に第2のスイッチングレギュレータが接続され、前記第1のスイッチングレギュレータと前記第2のスイッチングレギュレータの各々が、前記第1のエミッタフォロア型トランジスタと前記第2のエミッタフォロア型トランジスタが飽和しない電圧を出力することを特徴とする。 A first switching regulator connected to a power supply terminal of the first emitter follower transistor; a second switching regulator connected to a power supply terminal of the second emitter follower transistor; And the second switching regulator outputs a voltage at which the first emitter follower transistor and the second emitter follower transistor are not saturated.
さらに、前記第1のスイッチングレギュレータと前記第2のスイッチングレギュレータの各々が各々異なる電圧を出力する、あるいは、前記第1のスイッチングレギュレータの出力電圧が前記第2のスイッチングレギュレータの出力電圧と同レベルもしくは低いことを特徴とする。 Further, each of the first switching regulator and the second switching regulator outputs a different voltage, or the output voltage of the first switching regulator is the same level as the output voltage of the second switching regulator or It is characterized by being low.
また、前記増幅器が極座標変調器であることを特徴とする。 The amplifier is a polar modulator.
さらに、本発明の情報通信機器は、本発明の増幅器を具備したことを特徴とする。 Furthermore, an information communication device according to the present invention includes the amplifier according to the present invention.
本発明にかかる増幅器によれば、低コストでサイズが小さく、安定に低消費電力で動作する増幅器を実現することが可能となり、通信機器の送信機などに有用である。 According to the amplifier of the present invention, it is possible to realize an amplifier that is low in cost, small in size, and stably operates with low power consumption, and is useful for a transmitter of a communication device.
図1に、本発明の実施の形態に係る増幅器の構成を示す。以下、図1を用いて、本実施の形態1の増幅器の構成および動作について説明する。 FIG. 1 shows a configuration of an amplifier according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, the configuration and operation of the amplifier according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
入力端子101から入力された高周波信号はドライバー段増幅器111に入力され増幅された後、終段増幅器112に入力され、増幅されて出力端子105から出力される。
The high-frequency signal input from the
一方、入力端子102から入力された制御信号は、シリーズレギュレータ140の誤差増幅器121に入力され、さらに帰還回路網150からの帰還信号と比較し増幅された後、出力される。増幅された制御信号は分岐され、一方はエミッタフォロア型トランジスタ122に入力され、もう一方はバイアス回路160を介して同じくエミッタフォロア型トランジスタ123に入力される。エミッタフォロア型トランジスタ122および123の電源電圧は、各々のコレクタ端子104、103より各々スイッチングレギュレータ132および131から与えられる。スイッチングレギュレータ131とスイッチングレギュレータ132の各々は、異なる電圧出力を出力する。エミッタフォロア型トランジスタ122のエミッタ端子からは、入力された制御信号とほぼ同一電位の制御信号が出力されて、さらに分岐され、一方の出力は終段増幅器112の電源部に入力され、もう一方は帰還回路網150を介して誤差増幅器121に帰還される。
On the other hand, the control signal input from the
一方、バイアス回路160に入力された制御信号は可変抵抗126と抵抗127に分圧され、分圧された信号がエミッタフォロア型トランジスタ123に入力される。入力された制御信号の電圧とほぼ同一電位の制御信号がエミッタ端子から出力され、ドライバー段増幅器111の電源部に入力される。
On the other hand, the control signal input to the
次に、図2を用いてドライバー段増幅器111と終段増幅器112の駆動方式について説明する。図2(a)は、終段増幅器112の各電源電圧における入力電力Pinと出力電力Poutの関係である。電源電圧Vに対し、電圧Vのほぼ二乗に比例した飽和電力が出力される。つまり、終段増幅器112が飽和していれば、電源電圧Vにほぼ比例した電力が出力されるため、電圧Vを調整するだけで終段増幅器112の出力電力を制御することが可能である。
Next, the driving method of the
しかしながら、特に終段増幅器112は最大出力付近での特性の個体差が大きいのが一般的であるため、規格で決められた最大出力が得られないことがないように、十分大きな入力電力Pinを終段増幅器112に入力して過飽和状態にするのが望ましい。一方、出力電力が低い場合の出力の絶対精度は、一般に最大出力時ほど厳しくはない。例えば10dBmから9dBmに出力を低下する際には、10dBmから、―1.5dBから−0.5dB低い電力値という相対値に設定すればよいという比較的緩い規格となっている。つまり、例えば最大出力より低いPout3を出力するためには、入力電力Pin3を入力しなくても、Pin3より低い電力レベルのPin3’を入力すれば終段増幅器112は規格を満足する範囲の電力を出力することが可能である。
However, since the
図2(b)には、ドライバー段増幅器111の電源電圧と出力電力の関係を示している。ドライバー段増幅器111の出力電力が終段増幅器112にそのまま入力されるとすれば、終段増幅器112でPout4以上の出力を確実に得るためには、終段増幅器112が過入力状態になるようにドライバー段増幅器111はPin4を出力する必要があり、そのためにドライバー段増幅器111の電源に与える電圧は4×Vである。
FIG. 2B shows the relationship between the power supply voltage of the
終段増幅器112が最大出力Pout4より低いPout3を出力するためには、前述したようにPin3’を入力すればよく、ドライバー段増幅器111がPin3’を出力するためには、ドライバー段増幅器111の電源電圧には3×V’を印加すればよいことになる。エミッタフォロア型トランジスタ122から電圧3×Vを出力すると同時に、エミッタフォロア型トランジスタ123から電圧3×V’を出力するためには、バイアス回路160の分圧比を変えることにより利得を低下する。これを実現する一つの方法として、可変抵抗126の抵抗値を変化すればよい。さらに、スイッチングレギュレータ131および132の出力として、各々3×Vおよび3×V’に、エミッタフォロア型トランジスタのコレクタ・エミッタ間の電圧ドロップαを加えた、3×V+αおよび3×V’+αに設定すれば、ドライバー段増幅器111における消費電力は3×Vを印加する場合より低減することが可能となる。なお、スイッチングレギュレータ131の出力電圧は、スイッチングレギュレータ132の出力電圧と同レベルもしくは低ければよい。
In order for the
同様に、終段増幅器112で出力Pout2、Pout1を得る場合において、バイアス回路160を調整してドライバー段増幅器111の電源電圧として2×V’、1×V’を印加すると同時に、スイッチングレギュレータ131の出力電圧として2×V’+α、1×V’+αを印加すれば、各出力電力において低消費電力化を図ることが可能となる。
Similarly, when the outputs Pout2 and Pout1 are obtained by the
ただし、ドライバー段増幅器111の電源電圧が零に近い場合、ドライバー段増幅器111の出力電力が低くなりすぎて、終段増幅器112が飽和しなくなり、図3の点線に示すように、VinとVoutの比例関係が保持できなくなる可能性がある。これを避けるための手法の一つとして、図4に示すように、バイアス回路において128も示すDC電圧Vxを印加する。これにより、終段増幅器112が常に飽和した状態を保ち、図3の実線に示す線形な特性を確保することが可能となる。
However, when the power supply voltage of the
この方式の2つ目の利点は、誤差増幅器の消費電力を低減できることである。従来は複数のエミッタフォロア型トランジスタに対して個別に誤差増幅器を有していたが、本発明では一つの誤差増幅器で複数のエミッタフォロア型トランジスタを駆動することにより、誤差増幅器における消費電力を低減することが可能となる。 The second advantage of this method is that the power consumption of the error amplifier can be reduced. Conventionally, an error amplifier is individually provided for a plurality of emitter follower type transistors. However, in the present invention, a plurality of emitter follower type transistors are driven by one error amplifier, thereby reducing power consumption in the error amplifier. It becomes possible.
この方式の3つ目の利点は、一つの誤差増幅器で多段増幅器を駆動する場合においても、増幅器を安定に動作できることである。従来は一つの誤差増幅器で多段増幅器を駆動する場合、ドライバー段増幅器と終段増幅器の電源部を接続する必要があった。しかしながら、高速の制御信号で電源部を駆動する場合には、容量値の大きなコンデンサを電源部に接続して、ドライバー段増幅器と終段増幅器のアイソレーションを確保することが困難であった。本発明では、ドライバー段増幅器と終段増幅器の電源部は各々の電源を印加するエミッタフォロア型トランジスタを介して接続されることになるため、直接接続される場合より大きなアイソレーションを確保することができ、より安定動作が可能となる。 The third advantage of this system is that the amplifier can be stably operated even when the multistage amplifier is driven by one error amplifier. Conventionally, when a multi-stage amplifier is driven by a single error amplifier, it is necessary to connect the power supply section of the driver stage amplifier and the final stage amplifier. However, when driving the power supply unit with a high-speed control signal, it is difficult to connect a capacitor having a large capacitance value to the power supply unit to ensure isolation between the driver stage amplifier and the final stage amplifier. In the present invention, since the power supply sections of the driver stage amplifier and the final stage amplifier are connected via the emitter follower type transistors that apply the respective power supplies, it is possible to ensure a greater isolation than when directly connected. And more stable operation is possible.
なお、上記実施の形態の構成は極座標変調動作する増幅器についても適用できる。 The configuration of the above embodiment can also be applied to an amplifier that performs polar modulation operation.
また、携帯電話、PDA、通信用カードなどの情報通信機器に、上記実施の形態の増幅器を搭載すれば、低コストで低消費電力な本発明の増幅器を具備することで、情報通信機器としても、低コストで低消費電力な機器を実現できる。 In addition, if the amplifier of the above embodiment is mounted on an information communication device such as a mobile phone, a PDA, or a communication card, the amplifier of the present invention with low cost and low power consumption can be provided, so that the information communication device can be used as an information communication device. A low cost and low power consumption device can be realized.
本発明にかかる増幅器によれば、安定で低消費電力の増幅器を実現することが可能となり、情報通信機器の送信機などに有用である。 According to the amplifier of the present invention, it is possible to realize a stable and low power consumption amplifier, which is useful for a transmitter of an information communication device.
101 入力端子
102 入力端子
103 入力端子
104 入力端子
105 出力端子
111 ドライバー段増幅器
112 終段増幅器
121 誤差増幅器
122 エミッタフォロア型トランジスタ
123 エミッタフォロア型トランジスタ
124 抵抗
125 抵抗
126 可変抵抗
127 抵抗
128 DC電圧
131 スイッチングレギュレータ
132 スイッチングレギュレータ
140 シリーズレギュレータ
150 帰還回路網
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記入力制御信号が入力される誤差増幅器と、
前記誤差増幅器の出力を入力する第1のエミッタフォロア型トランジスタと第2のエミッタフォロア型トランジスタと、
前記第2のエミッタフォロア型トランジスタの出力と前記誤差増幅器の入力を結合する帰還回路と、
前記第1のエミッタフォロア型トランジスタの出力により電源電圧が印加されるドライバー段トランジスタと、
前記ドライバー段トランジスタの出力に接続され、かつ前記第2のエミッタフォロア型トランジスタの出力により電源電圧が印加される終段トランジスタと、
を有することを特徴とする増幅器。 In an amplifier whose output power is adjusted by an input control signal,
An error amplifier to which the input control signal is input;
A first emitter-follower transistor and a second emitter-follower transistor that receive the output of the error amplifier;
A feedback circuit for coupling the output of the second emitter-follower transistor and the input of the error amplifier;
A driver stage transistor to which a power supply voltage is applied by an output of the first emitter follower transistor;
A final stage transistor connected to the output of the driver stage transistor and to which a power supply voltage is applied by the output of the second emitter follower transistor;
An amplifier comprising:
前記第2のエミッタフォロア型トランジスタの電源端子に第2のスイッチングレギュレータが接続され、
前記第1のスイッチングレギュレータと前記第2のスイッチングレギュレータの各々が、前記第1のエミッタフォロア型トランジスタと前記第2のエミッタフォロア型トランジスタが飽和しない電圧を出力することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の増幅器。 A first switching regulator is connected to a power supply terminal of the first emitter-follower transistor;
A second switching regulator is connected to a power supply terminal of the second emitter-follower transistor;
2. The first switching regulator and the second switching regulator each output a voltage at which the first emitter-follower transistor and the second emitter-follower transistor are not saturated. 5. The amplifier according to any one of 4.
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