JP2006522570A

JP2006522570A - 低シャットダウン電流を有する切替自在な増幅回路

Info

Publication number: JP2006522570A
Application number: JP2006509575A
Authority: JP
Inventors: ジョンエー．デファルコ; ミハイルエス．シロコフ
Original assignee: フェアチャイルド・セミコンダクター・コーポレーション; ジョンエー．デファルコ; ミハイルエス．シロコフ
Priority date: 2003-04-03
Filing date: 2004-04-02
Publication date: 2006-09-28
Also published as: US6803821B1; US20040196103A1; KR20060016079A; TWI341080B; WO2004091095A1; CN1768473A; CN100472953C; TW200428758A; DE112004000525T5

Abstract

電流ミラーを有する切替自在な増幅器回路である。かかるミラーは、基準電流を生成する第１の電流源と、入力電極および出力電極を有する出力トランジスタと、第１の電流源の出力と出力トランジスタの入力電極との間に接続される電流ゲインデバイスと、を含む。第１の電流源で発生した基準電流の関数であるバイアス電流は、出力トランジスタの出力電極を通って発生する。第２の電流源は、電流ゲインデバイスの入力に接続される出力を有する。この第２の電流源は、基準電流の一部分をなす電流を与える。スイッチングトランジスタは、（1）電流ゲインデバイスの入力と、（2）第２の電流源の出力と、に接続された出力電極を有する。このスイッチングトランジスタは、（1）スイッチングトランジスタに与えられる入力信号に応じて、第２の電流源からの電流が流れ、前記第２の電流源からの電流が電流ゲインデバイスを流れることを阻止することによって、出力トランジスタに対するバイアス電流を除去し、この出力トランジスタを非導通状態にする、または（2）スイッチングトランジスタに与えられる入力信号に応じて、第２の電流源からの電流が電流ゲインデバイスを流れ得るようにし、出力トランジスタを導通状態にする。

Description

本発明は増幅器に関し、さらに詳細には切替可能なパワー増幅器に関する。

当技術分野において周知のように、パワー増幅器は多種多様の用途に使用されている。かかる用途として、ラジオ周波数（ＲＦ）信号を増幅する、電池式携帯電話のような電話機が挙げられる。

当技術分野において周知のように、かかるＲＦ増幅器は、通常、電流ミラー９を使用して適切な直流（ｄｃ）動作点にバイアスがかけられる。かかる配置の１つが、図１に示されている。本明細書においては、増幅器はＲＦ、エミッタ接地および出力トランジスタＱ_RFを含む。このＲＦトランジスタのベースにはＲＦ信号入力が与えられる。この出力トランジスタのベースは、スイッチングトランジスタＱ₁にも接続されている。ダイオード接続トランジスタＱ₂（すなわちｐ−ｎ接合)は、グランドとＲＦ出力トランジスタＱ_RFとの間に接続されている。ダイオード接続トランジスタＱ₂が動作すると、一定の直流電圧が当該ダイオード接続トランジスタQ₂にわたって発生し、その結果、ＲＦ出力トランジスタＱ_RFのベースでの直流電圧が一定になる。従って、ダイオード接続トランジスタＱ₂は、動作中にＲＦ出力トランジスタＱ_RFのベース電極に一定の基準電圧を与える。ＲＦトランジスタＱ_RFは、当該ＲＦトランジスタＱ_RFのコレクタ−エミッタを通る一定の直流電流Ｉ_BIASを供給することにより一定の直流動作点にバイアスがかけられる。本明細書では、動作中のダイオード接続トランジスタＱ₂を通じて一定の電流が加わることにより、この直流電流は発生する。一定の直流電流は、電流源すなわち本明細書では抵抗器で示されている高インピーダンスデバイスによって供給される。本明細書では、この電流源はＩで示される電流を発生する。従って、ＲＦ出力トランジスタに必要な直流バイアス電流量は、この電流源によって与えられる電流Ｉの量を定める。つまり、ダイオード接続トランジスタおよびＲＦ出力トランジスタＱ_RFは電流ミラー９として配置され、ＲＦトランジスタのコレクタを通る電流は、電流源からダイオード接続トランジスタＱ₂に与えられる電流をミラーする。

ＲＦ出力トランジスタＱ_RFのスイッチを切ることが要求されるとき、トランジスタＱ₁は、そのトランジスタＱ₁のベースに与えられる制御電圧によって駆動される。従って、トランジスタＱ₁のオン状態は、ＲＦ出力トランジスタＱ_RFのベースでの低電圧をもたらす。電流源からの電流Ｉは、動作中のトランジスタＱ₁を通って流れる。いくつかの用途においては、トランジスタＱ₁は５〜１０mＡ程度の電流源の電流Ｉを流さなければならず、結果として大量のバッテリー電力を出力することとなる。

他の回路が図２に示されている。本明細書では、電流ミラー９’は一対のトランジスタＱ_2AとＱ_2B、且つＲＦ出力トランジスタＱ_RFで与えられている。本明細書では、電流ミラー９’はエンハンスメント型電流ミラーとして時々言及されている。このエンハンスメント型電流ミラーをもって、ＲＦトランジスタが高出力、大信号の状況下で駆動されるとき、エミッタフォロワされたトランジスタは、要求に応じて余分のベース電流を供給することができる。

本明細書では、一定の直流電圧は出力トランジスタＱ_RFのベースで発生する。この直流電圧が、一定の直流電圧としてＲＦトランジスタのベースに加えられることにより、ＲＦ出力トランジスタに対する適切な直流バイアス電流を与える。ＲＦ出力トランジスタに必要な直流バイアス電流量は、本明細書では抵抗器で示されている電流源からの電流Ｉの量で定められる。本明細書では、ＲＦ出力トランジスタのスイッチを切ることが要求されるとき、トランジスタＱ₁のベースに与えられる制御電圧によって、トランジスタＱ₁を駆動させる。従って、トランジスタQ₁のオン状態はＲＦ出力トランジスタＱ_RFのベースでの低電圧をもたらす。電流源からの電流Ｉは、動作中のトランジスタＱ₁を通って流れる。いくつかの用途においては、トランジスタＱ₁は５〜１０mＡ程度の電流源の電流Ｉを流さなければならず、結果として大量のバッテリー電力を出力することとなる。

発明の概要

本発明に基づいて、増幅回路が与えられている。この増幅回路は電流ミラー回路を含む。この電流ミラー回路は、基準電流を発生する第１の電流源と、入力電極と出力電極とを有する出力トランジスタと、第１の電流源の出力と出力トランジスタの入力電極との間に接続される電流ゲインデバイスと、を含む。第１の電流源で発生した基準電流の関数であるバイアス電流は、出力トランジスタの出力電極を通って発生する。第２の電流源は、電流ゲインデバイスの入力に接続される出力を有する。この第２の電流源は、基準電流の一部分をなす電流を与える。スイッチングトランジスタは、（１）電流ゲインデバイスの入力と、（２）第２の電流源の出力と、に接続される出力電極を有する。このスイッチングトランジスタは、（１）当該スイッチングトランジスタに与えられる入力信号に応じて、第２の電流源からの電流が流れ、この第２の電流源からの電流が電流ゲインデバイスを通って流れることを抑制することによって、出力トランジスタに対するバイアス電流を除去し、出力トランジスタを非導通状態にする、または（２）スイッチングトランジスタに与えられる入力信号に応じて、第２の電流源からの電流が電流ゲインデバイスを流れ得るようにし、出力トランジスタを導通状態にする。

１つの実施例においては、ゲインデバイスはトランジスタを含む。

１つの実施例においては、スイッチングトランジスタは、このスイッチングデバイスに与えられた入力信号に応じて、第２の電流源からの電流が電流ゲインデバイスを通って流れ得るようにし、出力トランジスタが導通状態となるときに、ゲインデバイスであるトランジスタは飽和状態に駆動される。

１つの実施例においては、ゲインデバイスであるトランジスタは、バイポーラトランジスタを含む。

本発明によると、このトランジスタは、電流源の出力での一定の電圧とＲＦトランジスタのベースとの間に接続されたコレクターエミッタを有して与えられる。このトランジスタは、第２の電流源と、当該トランジスタに対するスイッチと、に接続されたベースを有する。ＲＦが流されると、第２の電流源からの電流がかかるトランジスタのベースに与えられ、新しい回路でこのトランジスタは飽和状態にバイアスをかけられ、ＲＦトランジスタのベースに一定の直流電圧を発生させ、故にＲＦトランジスタに対する一定の直流バイアス電流を与える。このＲＦトランジスタに必要な直流バイアス電流量は、電流源に必要な電流量を定める。このトランジスタは飽和状態にあるので、第２の電流源は、ＲＦトランジスタに対して必要な直流バイアス電流を与えるために第１の電流源で要求される電流量のほんの一部（Ｉ/β）のみである。スイッチでＲＦトランジスタを切ると、第２の電流源からの少量の電流がスイッチによって流れる。

本発明の１または２以上の実施例の詳細が、以下の添付図および説明において示されている。本発明の他の特徴、目的および利点は、この説明、添付図および特許請求の範囲から明らかになるであろう。

詳細な説明

図３を参照すると、ＲＦ増幅回路１０が示されている。この回路１０は、電流ミラー回路１２を含む。この電流ミラー回路１２は、基準電流Ｉを発生する第１の電流源１４を含む。この電流源１４は高インピーダンスデバイスであり、本明細書においては抵抗器Ｒ₁で示されている。電流ミラー回路１２は、本明細書においてはバイポーラトランジスタ、望ましくはヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）デバイスである、ＲＦ出力トランジスタ１６をも含んでいる。この出力トランジスタ１６はエミッタ接地で配置され、かかる出力トランジスタ１６のコレクタは、図に示されているように誘導器１８を介してＶ_cc供給電圧に接続されている。ＲＦ出力トランジスタ１６による増幅に使用されるＲＦ入力は、図に示されているように交流結合コンデンサＣを介して、ＲＦ出力トランジスタ１６のベース電極に接続される。電流ミラー回路１２は基準電圧発生器２０をも含み、この基準電圧発生器２０は、本明細書においては、所定の基準電圧（本明細書ではグランド）と、図に示されているように出力トランジスタ１６のゲート電極と、に接続したダイオード接続バイポーラトランジスタＱ₂（すなわちｐ−ｎ接合）である。電流ミラー回路１２は電流ゲインデバイス２２をも含み、この電流ゲインデバイス２２は、本明細書においては、電流源１４の出力と、（ａ）出力トランジスタ１６のゲート電極、（ｂ）基準電圧発生器２０、との間に接続されたバイポーラトランジスタＱ_xである。

かかる配置をもって、電流ミラー回路１２は出力トランジスタ１６のコレクタ電極を通る直流バイアス電流Ｉ_BIASを与える。このバイアス電流Ｉ_BIASは、電流源１４で発生した基準電流Ｉの関数である。つまり、ダイオード接続トランジスタＱ₂はｐ−ｎ接合を与え、ＲＦ出力トランジスタ１６は電流ミラー１２として配置されて、ＲＦトランジスタ１６のコレクタを通る電流Ｉ_BIASは、電流源１４からダイオード接続トランジスタ２０に与えられる電流Ｉをミラーする。

増幅器１０は第２の電流源２４を含み、この電流源２４は本明細書においては、電流ゲインデバイス２２（本明細書ではバイポーラトランジスタＱ_x）の入力に接続される出力を有し、抵抗器Ｒ₂で示されている。トランジスタＱ_xは動作中に飽和状態に機能し、故に第２の電流Ｉ’は基準電流Ｉの一部分をなす。さらに、トランジスタＱ_xは飽和状態に駆動される（すなわち、トランジスタＱ_xのベースーエミッタ接合およびベースーコレクタ接合はともに、順方向にバイアスがかけられている。）ので、このトランジスタＱ_xのコレクタおよびエミッタ電極にわたって相対的に一定な電圧が存在する。つまり、トランジスタはＩの第２の電流源Ｉ’により与えられる電流に対する比率であるベータを有し、すなわちベータ＝Ｉ/Ｉ’である。従って、例えば、ベータは約５０であると、第２の電流源はＩ’＝Ｉ/５０の電流を発生する。

回路１０は、本明細書においてはエミッタ接地のバイポーラトランジスタＱ₁であるスイッチングトランジスタをも含み、このスイッチングトランジスタは、（1）電流ゲインデバイス２２の入力と、（２）第２の電流源２４の出力と、に接続される出力電極（本明細書ではコレクタ電極）を有している。スイッチングトランジスタＱ₁は、当該スイッチングトランジスタＱ₁のベース電極に与えられる制御信号に応じて、（1）スイッチングトランジスタＱ₁のベースに与えられる制御信号に応じて、第２の電流源２４からの電流Ｉ’（破線で示されている。）が流れ、第２の電流源２４からの電流が電流ゲインデバイス２２を流れることを抑制することによって、出力トランジスタ１６に対するバイアス電流を除去し、この出力トランジスタ１６を非導通状態にする、または（2）スイッチングトランジスタＱ₁のベースに与えられる制御信号に応じて、第２の電流源２４からの電流（実線で示されている。）が電流ゲインデバイス２２を流れ得るようにし、出力トランジスタ１６を導通状態にする。

図４を参照すると、他のスイッチング増幅器１０’が示されている。本明細書では、電流ミラー１２’はエンハンスメント型電流ミラーであり、ＲＦ出力トランジスタ１６のベースに一定の直流基準電圧を与えるための一対のトランジスタＱ_2AおよびＱ_2Bを含む。この直流電圧は、一定の直流電圧としてＲＦトランジスタのベースに加えられることにより、ＲＦ出力トランジスタに対する適切な直流バイアス電流を与える。ＲＦ出力トランジスタ１６に必要な直流バイアス電流量は、本明細書ではＲ₁で示される電流源１４からの電流Ｉの量で定められる。ＲＦ出力トランジスタ１６のスイッチを切ることが望まれるときは、トランジスタＱ₁は、当該トランジスタＱ₁のベースに与えられる制御電圧で駆動される。

増幅器１０’は、本明細書においては抵抗器Ｒ₂で示される第２の電流源２４を含み、この電流源２４は、電流ゲインデバイス２２（本明細書ではバイポーラトランジスタＱ_x）の入力に接続される出力を有している。トランジスタＱ_xは動作中に飽和状態に機能し、故に第２の電流Ｉ’は基準電流Ｉの一部分をなす。つまり、このトランジスタはＩの第２の電流源Ｉ’により与えられる電流に対する比率であるベータを有し、すなわちベータ＝Ｉ/Ｉ’である。従って、例えばベータが約５０であると、第２の電流源はＩ’＝Ｉ/５０の電流を発生する。

回路１０’は、本明細書ではエミッタ接地のバイポーラトランジスタＱ₁であるスイッチングトランジスタをも含み、このバイポーラトランジスタＱ₁は、（1）電流ゲインデバイス２２の入力と、（2）第２の電流源２４の出力と、に接続される出力電極（本明細書ではコレクタ電極）を有している。スイッチングトランジスタＱ₁は、当該スイッチングトランジスタＱ₁のベース電極に与えられる制御信号に応じて、（1）スイッチングトランジスタＱ₁のベースに与えられる制御信号に応じて、第２の電流源２４からの電流Ｉ’（破線で示されている。）が流れ、第２の電流源２４からの電流が電流ゲインデバイス２２を流れることを阻止することによって、出力トランジスタ１６に対するバイアス電流を除去し、この出力トランジスタ１６を非導通状態にする、または（2）スイッチングトランジスタＱ₁のベースに与えられる制御信号に応じて、第２の電流源２４からの電流（実線で示されている。）が電流ゲインデバイス２２を流れ得るようにし、出力トランジスタ１６を導通状態にする。

本発明の多くの実施例が説明されているが、多様な変更が本発明の精神と範囲から逸脱すること無くなされてもよい。従って、他の実施例は特許請求の範囲内である。

従来技術による切替自在な増幅器の概略図である。従来技術による切替自在な増幅器の概略図である。本発明による切替自在な増幅器の概略図である。本発明の他の実施例による切替自在な増幅器の概略図である。

Claims

（ａ）（i）基準電流を発生する第１の電流源と、（ii）入力電極と出力電極とを有す
る出力トランジスタと、（iii）前記第１の電流源の出力と前記出力トランジスタの入力電
極との間に接続された電流ゲインデバイスと、を含み（v）前記第１の電流源で発生した
基準電流の関数であるバイアス電流を、前記出力トランジスタの出力電極を通して発生させる電流ミラー回路と、
（ｂ）前記電流ゲインデバイスの入力に接続される出力を有して前記基準電流の一部分をなす電流を与える第２の電流源と、
（ｃ）（１）前記電流ゲインデバイスの入力と、（２）前記第２の電流源の出力と、に接続される出力電極を有するスイッチングトランジスタと、
を含む増幅回路であって、前記スイッチングトランジスタは、
（１）当該スイッチングトランジスタに与えられる入力信号に応じて、前記第２の電流源からの電流が流れ、前記第２の電流源からの電流が前記電流ゲインデバイスを流れることを抑制することにより、前記出力トランジスタに対する前記バイアス電流を除去し、前記出力トランジスタを非導通状態にする、または
（２）当該スイッチングトランジスタに与えられる前記入力信号に応じて、前記第２の電流源からの電流が前記電流ゲインデバイスを流れ得るようにし、前記出力トランジスタを導通状態にする、
ことを特徴とする増幅回路。
前記ゲインデバイスは、トランジスタを含むことを特徴とする請求項１に記載の増幅回路。
前記スイッチングトランジスタが、当該スイッチングトランジスタに与えられる前記入力信号に応じて、前記第２の電流源からの電流が前記電流ゲインデバイスを流れ得るようにして前記出力トランジスタを導通状態とするときに、前記ゲインデバイスであるトランジスタは飽和状態に駆動されることを特徴とする請求項２に記載の増幅回路。
前記ゲインデバイスであるトランジスタは、バイポーラトランジスタを含むことを特徴とする請求項３に記載の増幅回路。
前記ゲインデバイスであるトランジスタは、バイポーラトランジスタを含むことを特徴とする請求項５に記載の増幅器。
前記スイッチングトランジスタは、バイポーラトランジスタを含むことを特徴とする請求項６に記載の増幅回路。
前記出力トランジスタは、バイポーラトランジスタを含むことを特徴とする請求項６に記載の増幅回路。
前記スイッチングトランジスタは、バイポーラトランジスタを含むことを特徴とする請求項８に記載の増幅回路。
（ａ）（i）基準電流を発生する第１の電流源と、（ii）入力電極と出力電極とを有す
る出力トランジスタと、（iii）前記第１の電流源の出力と前記出力トランジスタの入力電
極との間に接続されるバイポーラトランジスタと、を含み（iv）前記第１の電流源で発生
した基準電流の関数であるバイアス電流を、前記出力トランジスタの出力電極を通して発生させる電流ミラー回路と、
（ｂ）前記バイポーラトランジスタの入力に接続される出力を有して前記基準電流の一部分をなす電流を与える第２の電流源と、
（ｃ）（１）前記電流ゲインデバイスの入力と、（２）前記第２の電流源の出力と、に接続される出力電極を有するスイッチングトランジスタと、
を含む増幅回路であって、前記スイッチングトランジスタは、
（１）当該スイッチングトランジスタに与えられる入力信号に応じて、前記第２の電流源からの電流が流れ、前記第２の電流源からの電流が前記バイポーラトランジスタを流れることを抑制することにより、前記出力トランジスタに対する前記バイアス電流を除去し、前記出力トランジスタを非導通状態にする、または
（２）当該スイッチングトランジスタに与えられる前記入力信号に応じて、前記第２の電流源からの電流が飽和状態に駆動されているバイポーラトランジスタを流れ得るようにし、前記出力トランジスタを導通状態にする、
ことを特徴とする増幅回路。
（ａ）基準電流を発生する第１の電流源と、
（ｂ）入力電極と出力電極とを有する出力トランジスタと、
（ｃ）前記第１の電流源の出力と、（１）前記出力トランジスタの入力電極、（２）ｐ−ｎ接合、との間に接続されるバイポーラトランジスタと、
（ｄ）前記第１の電流源で発生した前記基準電流の関数であるバイアス電流は、前記出力トランジスタの出力電極を通って発生し、
（ｅ）前記電流ゲインデバイスの入力に接続される出力を有して前記基準電流の一部分をなす電流を与える第２の電流源と、
（ｆ）（１）前記バイポーラトランジスタの入力と、（２）前記第２の電流源の出力と、に接続される出力電極を有するスイッチングトランジスタと、
を含む増幅回路であって、前記スイッチングトランジスタは、
（１）当該スイッチングトランジスタに与えられる入力信号に応じて、前記第２の電流源からの電流が流れ、前記第２の電流源からの電流が前記バイポーラトランジスタを通って流れることを抑制することにより、前記出力トランジスタに対する前記バイアス電流を除去し、前記出力トランジスタを非導通状態にする、または
（２）当該スイッチングトランジスタに与えられる前記入力信号に応じて、前記第２の電流源からの電流が飽和状態に駆動されている前記バイポーラトランジスタを流れ得るようにし、前記出力トランジスタを導通状態にする、
ことを特徴とする増幅回路。