JP2007014036A - 低電圧増幅器 - Google Patents

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Abstract

【課題】従来の増幅器よりも低電圧で動作し、転送特性の向上された低電圧増幅器を提供する。
【解決手段】低電圧増幅器は、第１のトランジスタであるベース接地トランジスタ１と、第２のトランジスタであるエミッタ接地トランジスタ２とにより構成される。第１のトランジスタ１は、そのエミッタ電極に接続されるインダクタ１２により入力端子８に印加される入力信号を受信する。第２のトランジスタ２は、そのベース電極に接続されるキャパシタ１３による入力信号を受信する。第１のトランジスタ１と第２のトランジスタ２は、第３のトランジスタ３と電流源１６とからなる電流ミラー構造によりバイアスされる。差異電流出力信号は、第１のトランジスタおよび第２のトランジスタ２のそれぞれのコレクタ電極に供給される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、低電圧増幅器に関し、特に無線電話機に用いられる低電圧増幅器に関する。
従来、無線電話機における処理容量の大きい信号、特に低電圧増幅器やミキサ混合器等の携帯電話回路の需要が増加している一方で、それを動作させるために必要な電圧供給量は減少している。例えば、数年前では、４．８ボルトが一般的であったが、現在の携帯電話回路においては、２．７ボルトから作動するものである。
通常、電流効果を得るために供給電圧を低くすることにより、供給ライン間に設けられる多数の能動素子を必要とするギルバートセルのような標準ＩＣ回路ミキサ構造で大容量の信号を制御するように形成することは難しい。これらの能動素子は、例えば、ミキサセルのトランジスタを動作するために必要な平衡形差動電流出力信号を供給するために、受信した不平衡形のシングルエンド無線周波数信号を増幅そして位相反転する手段を有する入力増幅器のトランジスタ等を含んでいる。
また、シングルエンド入力信号を受信し、それぞれのコレクタ電極に差動電流出力信号を供給するためのベース接地トランジスタおよびエミッタ接地トランジスタにより構成されるトランスコンダクタンス増幅器がＥＰ−Ａ−０５８４８７０に開示されている。
しかしながら、上記従来例に示される増幅器は、低電圧増幅器ではないという問題がある。
欧州特許出願公開第０５８４８７０号明細書
本発明は、従来の増幅器よりも低電圧で動作するように改良され、転送特性を向上する低電圧増幅器を提供する。
本発明の第１の実施形態によれば、シングルエンド入力から差動電流出力を供給する低電圧増幅器において、前記シングルエンド入力からの信号を受信するためにベース接地接続の第１のトランジスタおよびエミッタ接地接続される第２のトランジスタと、前記各トランジスタのベースエミッタ接続をフォワードバイアスするフォワードバイアス手段とを有し、前記第１のトランジスタおよび前記第２のトランジスタのそれぞれのコレクタ電極から前記差動電流出力信号が取り出されるものである。
本発明の第２の実施形態によれば、シングルエンド入力から差動電流出力を供給する低電圧増幅器において、前記シングルエンド入力からの信号を受信するためにベース接地の第１のトランジスタとインピーダンスを介して接続し、前記シングルエンド入力からの信号を受信するためにエミッタ接地の第２のトランジスタとキャパシタを介して接続し、前記各トランジスタのベースエミッタ接続をフォワードバイアスするフォワードバイアス手段とを有し、前記第１のトランジスタおよび前記第２のトランジスタのそれぞれのコレクタ電極から前記差動電流出力信号が取り出されるものである。
キャパシタは、エミッタ接地接続されるトランジスタのベース電圧と独立してベース接地接続されるトランジスタのベース電圧を与えるように直流遮断として動作する。これは、上記増幅器において、より多くの電圧を許容し、従来のベース接地あるいはエミッタ接地されるトランジスタの増幅器のゲインを越え、改良された線型を提供するものである。
前記第１のトランジスタおよび前記第２のトランジスタのベースエミッタ接続をフォワードバイアスするフォワードバイアス手段は、電流ミラー構造に接続される第３のトランジスタにより構成されるものである。
本発明の第３の実施形態によれば、増幅段に共通に印加されるシングルエンド入力の信号に応じて、少なくとも２つの増幅段の構成を一つ以上有して、その増幅段から差動電流出力信号を選択的に供給する低電圧増幅器において、前記各増幅段は、前記シングルエンド入力からの信号受信を、インピーダンスを介してベース接地の第１のトランジスタに接続を成し、またその信号受信を、キャパシタを介してエミッタ接地の第２のトランジスタに接続を成し、共通の第１のインダクタにより前記シングルエンド入力に接続される少なくとも２つ以上の前記第１のトランジスタのエミッタ電極と、さらに、共通の第２のインダクタにより負極電圧供給ラインに接続される少なくとも２つ以上の前記第２のトランジスタのベース電極とを有し、前記増幅段の前記第１のトランジスタおよび、前記第２のトランジスタのそれぞれのコレクタ電極から増幅段における差動電流出力信号が取り出されるものである。
次に、添付図面を参照して本発明の実施形態である低電圧増幅器を詳細に説明する。
図１は、本発明の第１および第２の実施形態である低電圧増幅器を示す回路図である。
図１において、第１のトランジスタ１と、第２のトランジスタ２および第３のトランジスタ３とにより構成される低電圧増幅器は、トランジスタ４、５、６、７により構成されるミキサ段から入力段を形成する。無線周波数入力信号は、入力端子８と共通の負極供給ライン９との間で印加される。例えば、２．７ボルトの電圧を供給するバッテリ１０は、ライン９と正極供給ライン１１との間に接続される。
入力端子８は、第１の第１のインダクタンス１２を介して第１のトランジスタ１のエミッタ電極に接続され、第１のキャパシタ１３を介して第２のトランジスタ２のベース電極に接続され、負極供給ライン９への無線周波数帰還回路は、第１のトランジスタ１のベース電極から第２のキャパシタ１４を介して、第２のトランジスタ２のエミッタ電極から第２のインダクタ１５を介して帰還するようにライン９に接続されて構成されている。
第１のトランジスタ１および第２のトランジスタ２における直流バイアスは、第１のトランジスタ１、第２のトランジスタ２、第３のトランジスタ３のそれぞれのベース電極に設けられた第１のバイアス抵抗１７、第２のバイアス抵抗１８および第３のバイアス抵抗１９を介して、第３のトランジスタ３のコレクタ電極に接続されて形成される電流ミラー構造からなるバイアス手段により供給される。これらのバイアス抵抗値は、第１のトランジスタおよび第２のトランジスタを介する電流量の要求値を設定するために選択され、特定の電流ゲインを調節する。また、第２のバイアス抵抗１８は、第１のキャパシタ１３が第２のトランジスタ２のベース電極においてバイアスするための直流遮断を提供する一方、第２のトランジスタ２のベース電極において、無線周波数信号からバイアスの抵抗にて無線周波数を分離する方法も提供する。第１のトランジスタ１のエミッタ電流のライン９への直流電流帰還路は、インダクタまたは入力端子８とライン９との間のｒｆチョーク（高周波チョーク）２０を介して供給され、このｒｆチョーク２０のリアクタンスは、通常、入力端子８に供給されるネットワーク適合の設計に起因するものである。
無線周波数信号において、第２のトランジスタ２がエミッタ接地接続される一方、第１のトランジスタ１がベース接地接続される。従って、入力端子８における無線周波数信号に応じて、差動電流出力信号が、トランジスタ４、５、６、７からなるミキサ段を駆動するため、第１のトランジスタ１および第２のトランジスタ２のコレクタ電極から供給される。これらの差動電流出力信号は、動作中に、端子２１および端子２２において印加される局部発振信号と混合され、ミキサトランジスタ４、５、６、７の交差接続されるコレクタ電極からの中間周波数出力信号が、負荷インダクタ２３、２４により構成される負荷回路と、抵抗２５およびキャパシタ２６により構成されるフィルタ回路とに印加される。中間周波数出力信号における差動電流出力信号は、第１の出力端子２７および第２の出力端子２８から取り出される。
第１のインダクタ１２および第２のインダクタ１５は、誘導負帰還の尺度を提供するが、これは増幅器の動作において必要なものではない。第１のインダクタ１２、第２のインダクタ１５およびチョーク２０をバイアスする目的は、直流短絡回路の構成に近づけようとするものである。バイアス手段である第３のトランジスタ３、電流源１６、キャパシタ１４、インダクタ１５、インダクタ１２が、ライン９の電位とほぼ同じくするように、第１のトランジスタ１および第２のトランジスタ２のエミッタ電位を設定することができる。従って、バイアス手段は、その他の回路構成にて使用可能な供給電圧の割合を最大限にすることができる、すなわち、ミキサ段および負荷回路において、最大電圧振幅が起こり得るものである。
上述される増幅器とミキサは、点線により示されるＩＣチップ２９に形成される。チョーク２０および負荷回路を構成する負荷インダクタンス２３、２４、抵抗２５、キャパシタ２６は、図示されるＩＣチップ外に設けられる。
本発明の好適な実施形態ではあるが、第１のインダクタ１２および第２のインダクタ１５は、ＩＣ回路を形成する上での広域を占めるものである。発明者は、これらのインダクタが、同様の集積回路により形成される１つ以上の増幅回路により用いられることを発見した。図２は、２つの増幅段を備える低電圧増幅器を示す。
図２において、第１の増幅段は、図１に示される増幅器により構成され、同一要素に関しては同一符号を用いるものである。第１の増幅段は、図１に示されるように、トランジスタ４〜７により形成されるミキサコアに接続されている。第２の増幅段は、バイアス抵抗３４、３３、３５のそれぞれによりバイアスされる第４のトランジスタ３０、第５のトランジスタ３１、第６のトランジスタ３２により形成される。第４のトランジスタ３０のベース電極は、第３のキャパシタ３６を介して負極供給ライン９に接続され、第５のトランジスタ３１のベース電極は、第４のキャパシタ３７を介して入力端子８に接続されている。第４のトランジスタ３０のエミッタ電極は、第１のトランジスタ１と共有するように第１のインダクタ１２を介して入力端子８に接続される。第５のトランジスタ３１のエミッタ電極は、同様に第２のトランジスタ２と共有するように第２のインダクタ１５を介して負極供給ライン９に接続される。
第４のトランジスタ３０および第５のトランジスタ３１のコレクタ電極は、トランジスタ３８〜４１により形成される第２のミキサコアへのそれぞれの差動電流入力信号により形成される。第２のミキサコアは、局部発振信号入力端子４２、４３の局部発振信号を受信する。負荷インダクタ４４、４５により形成される負荷回路と、キャパシタ４６および抵抗４７により形成されるフィルタとは、第２のミキサコアの出力と正極供給ライン１１との間に接続され、第３の出力端子４８および第４の出力端子４９は、構成要素である負荷インダクタンス２３、２４、抵抗２５、キャパシタ２６、第１の出力端子２７、第２の出力端子２８により形成される第１のミキサコアの負荷回路およびフィルタ回路と同様に供給される。
第１の増幅段は、図示されない外部制御回路を用いるとともに、電流源１６を切り換えることにより入力端子８に印加される信号を取り扱うために選択される。第２の増幅段は、上述されるものと同様に、図示されない外部制御回路または電流源５０の選択により、入力端子８に印加される信号を取り扱うために選択される。第１の増幅段および第２の増幅段のいずれかが選択されると、その動作は、第１のトランジスタ１および第２のトランジスタ２、あるいは、第４のトランジスタ３０および第５のトランジスタ３１の接続により中継されない。この場合、これらのトランジスタの高エミッタインピーダンスが原因である。
図２に示される低電圧増幅器は、変動周波数局部発振器として使用される際、高価な上、非実用的で、しかも好ましいものではないと考えられている。図２の低電圧増幅器は、単一のＩＣ回路により形成される回路を用いてシングル入力ＲＦ信号と混合されるため、２つの異なる固定周波数局部発振信号を許容することができる。第１の増幅段と第２の増幅段を同時に選択する場合でも、端子２７、２８および端子４８、４９に同時に出力信号を供給することができる。このような出力信号は、同じ入力信号から取り出せるが、それぞれの局部発振入力端子２１、２２および４２、４３に印加される局部発振信号に依存するものである。
任意の時に第１の増幅段および第２の増幅段の内のいずれか１つが選択されたとしても、この回路構成はトランジスタ４およびトランジスタ３８のコレクタ電極の対等な関係と、また、トランジスタ７およびトランジスタ４１の対等な関係から、いずれかが選択され、１つのミキサコアからの中間周波数出力信号を供給する必要のある単一の負荷回路および単一のフィルタ回路を利用する。
図２の増幅器において、第２の増幅段と異なるゲインを備える第１の増幅段を容易に提供することができる。これは、第１のトランジスタおよび第２のトランジスタの異なる特性をもつように第４のトランジスタ３０と第５のトランジスタ３１を構築することにより達成される。第１のインダクタ１２および第２のインダクタ１５は、同様の効果を得るため、以下に示される方法で接続される。例えば、第１のトランジスタ１と第２のトランジスタ２は、それぞれ５回巻きのインダクタ１２、１５の最も外側の端部に接続され、入力端子８と負極供給ライン９は、インダクタ１２、１５の最も内側の端部に接続され、第２の増幅段は、第４のトランジスタ３０および第５のトランジスタ３１が３回巻きあるいは４回巻きのインダクタ１２および１５に接続されることにより、高ゲインを提供することができる。
さらに、これらの増幅段、ミキサコア、および負荷回路が必要な場合は、第２の増幅段と同様に入力端子８に接続することができる。それぞれの増幅段は、各々、電圧バイアス手段が必要で、好ましくは図２に示されるように、電流源が第１の増幅段と第２の増幅段のように電流ミラー構造に接続されていることである。これらの増幅段は、インダクタ１２およびインダクタ１５と配分するこができ、あるいは別々のインダクタを包容することもできる。
本発明の第１および第２の実施形態である低電圧増幅器の構成を示す回路図である。 本発明の第１、第２、および第３の実施形態である低電圧増幅器の構成を示す回路図である。
符号の説明
１ 第１のトランジスタ
２ 第２のトランジスタ
３ 第３のトランジスタ
４、５、６、７ トランジスタ
８ 入力端子
９ 負極供給ライン
１０ バッテリ
１１ 正極供給ライン
１２ 第１のインダクタ
１３ 第１のキャパシタ
１４ 第２のキャパシタ
１５ 第２のインダクタ
１６ 電流源
１７、１８、１９ バイアス抵抗
２０ チョーク
２１、２２ 端子
２３、２４ 負荷インダクタンス
２５ 抵抗
２６ キャパシタ
２７ 第１の出力端子
２８ 第２の出力端子
２９ ＩＣチップ
３０ 第４のトランジスタ
３１ 第５のトランジスタ
３２ 第６のトランジスタ
３３、３４、３５ バイアス抵抗
３６ 第３のキャパシタ
３７ 第４のキャパシタ
３８、３９、４０、４１ トランジスタ
４２、４３ 入力端子
４４、４５ 負荷インダクタ
４６ キャパシタ
４７ 抵抗
４８、４９ 出力端子
５０ 電流源

Claims (4)

  1. シングルエンド入力から差動電流出力を供給する低電圧増幅器において、
    第１のトランジスタと第２のトランジスタが、それぞれベース接地とエミッタ接地の構成であって、前記シングルエンド入力からの信号を受信するための接続を成し、
    前記各トランジスタのベースエミッタ接続をフォワードバイアスするフォワードバイアス手段を有し、
    前記第１のトランジスタと前記第２のトランジスタのコレクタ電極から前記差動電流出力が取り出されることを特徴とする低電圧増幅器。
  2. シングルエンド入力から差動電流出力を供給する低電圧増幅器おいて、
    第１のトランジスタがベース接地構成であり、インピーダンスを介して前記シングルエンド入力からの信号を受信するための接続を成し、
    第２のトランジスタがエミッタ接地構成であり、キャパシタを介して前記シングルエンド入力からの信号を受信するための接続を成し、
    前記各トランジスタのベースエミッタ接続をフォワードバイアスするフォワードバイアス手段を有し、
    前記第１のトランジスタおよび前記第２のトランジスタのコレクタ電極から前記差動電流出力が取り出されることを特徴とする低電圧増幅器。
  3. 前記第１のトランジスタおよび前記第２のトランジスタのエミッタ電極が、前記各トランジスタの共通電源ラインの電圧とほぼ同じ電圧で作動する手段を、さらに有する前記請求項１または２記載の低電圧増幅器。
  4. 前記第１のトランジスタおよび前記第２のトランジスタのベースエミッタ接続をフォワードバイアスするフォワードバイアス手段は、電流ミラー構成に接続される第３のトランジスタにより構成される請求項１から３のいずれか１項に記載の低電圧増幅器。
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