JP2007318723A - Electric power amplifier - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無線通信機の送信機等に搭載される電力増幅器に関するものである。 The present invention relates to a power amplifier mounted on a transmitter or the like of a wireless communication device.
高周波電力増幅器(以下、PAという場合もある)は無線通信機の送信機内に実装され、アンテナへと送出される高周波信号の増幅を行う。 A high-frequency power amplifier (hereinafter sometimes referred to as PA) is mounted in a transmitter of a wireless communication device, and amplifies a high-frequency signal transmitted to an antenna.
通常のアナログ回路はほとんどの場合において、電源電圧に対していわゆる「縦積み」構造を利用する。電源電圧が変動した場合にもトランジスタの特性に影響が出難い回路構造を採用することが可能である。 Conventional analog circuits almost always use a so-called “vertical stack” structure for the supply voltage. It is possible to employ a circuit structure that hardly affects the characteristics of the transistor even when the power supply voltage fluctuates.
これに対してPAは、出力信号の振幅電圧を大きくするため増幅用のトランジスタに対して電源電圧を直接与えて動作させることが多い。
トランジスタを電源電圧で動作させた場合、電源電圧の変動に対して一定した高周波出力特性を維持することは難しい。
また、回路への電源電圧が小型電池から直接供給されるような場合、電池の出力電圧が大きく変動するためPAの特性も大きく変動することは避けられない。
図1に示すように、電源電圧が大きくなると出力電力が増加し、電源電圧が小さくなると出力電力が低下するような特性が得られるのが一般的である。
On the other hand, the PA is often operated by directly applying a power supply voltage to the amplifying transistor in order to increase the amplitude voltage of the output signal.
When a transistor is operated with a power supply voltage, it is difficult to maintain a constant high-frequency output characteristic with respect to fluctuations in the power supply voltage.
Further, when the power supply voltage to the circuit is directly supplied from a small battery, the output voltage of the battery greatly fluctuates, so it is inevitable that the characteristics of the PA fluctuate greatly.
As shown in FIG. 1, it is common that the output power increases as the power supply voltage increases, and the output power decreases as the power supply voltage decreases.
図2は、電源電圧の変動に対して高周波特性が変動しないよう対策を施した電力増幅器の一例を示す図である(たとえば特許文献1参照)。 FIG. 2 is a diagram showing an example of a power amplifier in which measures are taken so that the high frequency characteristics do not fluctuate with respect to fluctuations in the power supply voltage (see, for example, Patent Document 1).
この電力増幅器10は、電力増幅用トランジスタ11、入力整合回路12、出力負荷13、DC−DCコンバータ回路14、抵抗R1,R2、高周波入力端子T1、参照電圧供給端子T2、電源端子T3、および高周波出力端子T4を有する。
ここでは、FET素子が電力増幅用トランジスタ11として使用される場合を挙げている。
The
Here, a case where an FET element is used as the
DC−DCコンバータ回路14は、常に一定の電圧を出力するための機能を有する。DC−DCコンバータ回路14を実装することにより、電源電圧に関わらず電力増幅用トランジスタ11のドレイン-ソース間電圧が常に一定になるように動作する。
The DC-
一方、大量生産によって製造されるPAの高周波特性は、様々な要因によってバラツキが発生する。
完全に高周波特性のバラツキを補償することはできないものの、高周波特性はPAのDCバイアス電流に大きく依存し、バイアス電流が同一であればトランジスタの諸特性がほぼ同一になり、さらに高周波特性もほぼ同一になることが期待できる。
On the other hand, the high-frequency characteristics of PAs manufactured by mass production vary due to various factors.
Although it is not possible to completely compensate for variations in the high frequency characteristics, the high frequency characteristics greatly depend on the DC bias current of the PA. If the bias current is the same, the transistor characteristics are almost the same, and the high frequency characteristics are also almost the same. Can be expected.
しかし、半導体プロセスにおいてはトランジスタやその他素子の製造バラツキのために、PAのDCバイアス電流の個体バラツキを抑えることについても容易ではない。
PAにおいは、トランジスタのサイズが大きいために僅かなトランジスタの製造バラツキが大きな電流バラツキの原因となるからである。
カレントミラーと呼ばれる回路構成によりバイアス電流を一定化することが一般的であるが、トランジスタの閾値電圧の製造バラツキが非常に大きいような場合にはその回路が有効に機能しないときがある。カレントミラー回路ではコピーする側とコピーされる側のトランジスタ特性が同一であることが前提だからである。
However, in the semiconductor process, due to manufacturing variations of transistors and other elements, it is not easy to suppress individual variations in the DC bias current of PA.
This is because, in the PA, since the size of the transistor is large, slight transistor manufacturing variations cause large current variations.
In general, the bias current is made constant by a circuit configuration called a current mirror. However, when the manufacturing variation of the threshold voltage of the transistor is very large, the circuit may not function effectively. This is because in the current mirror circuit, it is assumed that the transistor characteristics of the copy side and the copy side are the same.
図3は、図2の電力増幅器に対するバイアス電流の調節方法を示す図である(たとえば特許文献2参照)。
図3の電力増幅器10Aは、DC−DCコンバータ回路を設けず、抵抗R1の代わりにトリミング抵抗R3を設けている。
FIG. 3 is a diagram showing a bias current adjusting method for the power amplifier of FIG. 2 (see, for example, Patent Document 2).
The
この電力増幅器(PA)10Aでは,トランジスタ11のゲート端子に供給する電圧によってPA10Aのバイアス電流が決定される。もしゲート端子電圧を固定とするならば、トランジスタ11の閾値電圧の製造バラツキによってバイアス電流も大きく変動を受けてしまう。
バイアス電流を調節するためには、バイアス電流をモニターしながらトリミング抵抗R3を調整して電流を一定値に合わせる。
個体全てについて調整を行うことによりバイアス電流バラツキを完全に補償することが可能である。この調整は通常製品の出荷前の検査にて実施される。
In order to adjust the bias current, the trimming resistor R3 is adjusted while monitoring the bias current to adjust the current to a constant value.
It is possible to completely compensate for the bias current variation by making adjustments for all the individuals. This adjustment is usually performed by an inspection before shipping the product.
図2の電力増幅器10のように、DC−DCコンバータ回路14を使用することにより電力増幅用トランジスタ11にかかる電圧を一定にすることができるが、DC−DCコンバータ回路14での消費電力損失が問題となる。
電力損失とは、DC−DCコンバータ自身の電圧変換損失である。PAは通信機の中でも非常に大きい電流を消費するため、たとえDC−DCコンバータの変換効率が高くても損失が無視できない。
また、DC−DCコンバータは変換効率向上のため大きなコイルを使用することが多く、実装の際の製品サイズが大きくなるという問題も存在する。当然製造コストも増加する。
Although the voltage applied to the
The power loss is a voltage conversion loss of the DC-DC converter itself. Since PA consumes a very large current among communication devices, even if the conversion efficiency of the DC-DC converter is high, the loss cannot be ignored.
In addition, the DC-DC converter often uses a large coil for improving the conversion efficiency, and there is a problem that the product size at the time of mounting increases. Of course, the manufacturing cost also increases.
図3の電力増幅器10Aのように、トリミング抵抗R3を調整する方式の場合、調整のための検査時間増加によるコスト増加が問題となる。
また、トリミング抵抗は半導体プロセス上に製造することが難しく、別部品となるために実装した際のサイズが大きくなる。
In the case of a method of adjusting the trimming resistor R3 as in the
In addition, the trimming resistor is difficult to manufacture on a semiconductor process and becomes a separate part, so that the size when mounted becomes large.
また、PAのバイアス電流を自動制御する方法は既に提案されている(たとえば特許文献3参照)。
しかしこの方法では、電流検出用の抵抗の絶対値にバラツキが存在した場合に設定電流もばらつくという欠点がある。
A method for automatically controlling the bias current of PA has already been proposed (see, for example, Patent Document 3).
However, this method has a drawback that the set current varies when the absolute value of the current detection resistor varies.
本発明は、電源電圧変動に対する高周波特性の変動を抑制し、かつ、トランジスタの製造バラツキによるバイアス電流の変動補償を行うことができる電力増幅器を提供することにある。 It is an object of the present invention to provide a power amplifier capable of suppressing fluctuations in high-frequency characteristics with respect to power supply voltage fluctuations and compensating for fluctuations in bias current due to transistor manufacturing variations.
本発明の観点は、制御端子に供給される高周波信号を増幅するための電力増幅用トランジスタと、電源電圧に応じた参照電流を生成するための電源電圧依存電流生成回路と、上記参照電流を検出し第1の参照電圧に変換するための参照電流検出抵抗と、上記増幅用トランジスタのバイアス電流を検出し第2の参照電圧に変換するためのバイアス電流検出抵抗と、上記第1および第2の参照電圧を比較し、比較結果に応じて上記増幅用トランジスタの制御端子の電圧を制御するための演算増幅器と、を有し、上記演算増幅器の出力により上記電力増幅用トランジスタに流れるバイアス電流を制御する。 An aspect of the present invention provides a power amplification transistor for amplifying a high-frequency signal supplied to a control terminal, a power supply voltage-dependent current generation circuit for generating a reference current according to a power supply voltage, and detecting the reference current A reference current detection resistor for converting to a first reference voltage, a bias current detection resistor for detecting a bias current of the amplifying transistor and converting it to a second reference voltage, and the first and second An operational amplifier for comparing a reference voltage and controlling a voltage at a control terminal of the amplification transistor according to a comparison result, and controlling a bias current flowing through the power amplification transistor by an output of the operational amplifier To do.
好適には、上記電力増幅用トランジスタのバイアス電流経路に少なくとも所定期間オンされる電流スイッチを有する。 Preferably, a current switch that is turned on for at least a predetermined period is provided in the bias current path of the power amplification transistor.
好適には、上記電力増幅用トランジスタの第1端子は電源電圧が供給される電源端子側に接続され、第2端子は基準電位側に接続され、上記参照電流検出抵抗の一端は、上記電源電圧依存電流生成回路の参照電流の供給ラインおよび上記演算増幅器の非反転入力端子に接続され、他端が基準電位に接続され、上記バイアス電流検出抵抗の一端は、上記演算増幅器の反転入力端子および上記電流スイッチを介して上記電力増幅用トランジスタの第2端子に接続され、他端が基準電位に接続され、上記電力増幅用トランジスタの第2端子と基準電位との間に直流カット用キャパシタが接続されている。 Preferably, the first terminal of the power amplification transistor is connected to a power supply terminal side to which a power supply voltage is supplied, the second terminal is connected to a reference potential side, and one end of the reference current detection resistor is connected to the power supply voltage The dependence current generating circuit is connected to a reference current supply line and a non-inverting input terminal of the operational amplifier, the other end is connected to a reference potential, and one end of the bias current detection resistor is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier and the operational amplifier. A current switch is connected to the second terminal of the power amplification transistor, the other end is connected to a reference potential, and a DC cut capacitor is connected between the second terminal of the power amplification transistor and the reference potential. ing.
好適には、上記電力増幅用トランジスタの第1端子は電源電圧が供給される電源端子側に接続され、第2端子は基準電位側に接続され、上記参照電流検出抵抗の一端は、上記電源電圧依存電流生成回路の参照電流の供給ラインおよび上記演算増幅器の反転入力端子に接続され、他端が上記電源端子に接続され、上記バイアス電流検出抵抗の一端は、上記演算増幅器の非反転入力端子および上記電流スイッチを介して上記電力増幅用トランジスタの第1端子側に接続され、他端が上記電源端子に接続されている。 Preferably, the first terminal of the power amplification transistor is connected to a power supply terminal side to which a power supply voltage is supplied, the second terminal is connected to a reference potential side, and one end of the reference current detection resistor is connected to the power supply voltage A dependency current generating circuit connected to a reference current supply line and the inverting input terminal of the operational amplifier, the other end is connected to the power supply terminal, and one end of the bias current detection resistor is connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier and The power amplification transistor is connected to the first terminal side through the current switch, and the other end is connected to the power supply terminal.
好適には、上記参照電流検出抵抗とバイアス電流検出抵抗とが、均一性を持つ同一プロセスのチップ上に実装されている。 Preferably, the reference current detection resistor and the bias current detection resistor are mounted on a chip of the same process having uniformity.
本発明によれば、半導体集積回路の小型素子のみを利用して、電源電圧変動に対する高周波特性の変動を抑制し、かつ、トランジスタの製造バラツキによるバイアス電流の変動補償を行うことができる。 According to the present invention, it is possible to suppress fluctuations in high-frequency characteristics with respect to power supply voltage fluctuations using only small elements of a semiconductor integrated circuit, and to compensate for fluctuations in bias current due to transistor manufacturing variations.
以下、本発明の実施形態を図面に関連付けて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図4は、本発明のバイアス制御方式を採用した第1の実施形態に係る電力増幅器を示す図である。 FIG. 4 is a diagram illustrating the power amplifier according to the first embodiment employing the bias control method of the present invention.
本電力増幅器100は、図4に示すように、電力増幅用トランジスタ101、入力整合回路102、出力負荷103、電源電圧依存電流生成回路104、参照電流検出抵抗105、バイアス電流検出抵抗106、演算増幅器(以下、オペアンプという)107、電流スイッチ108、抵抗R101,DCカットキャパシタC101、高周波入力端子T101、電源端子T102、イネーブル信号入力端子T103、および高周波出力端子T104を有する。
ここでは、FET素子が電力増幅用トランジスタ101として使用される場合を挙げている。そして、トランジスタ101のドレインが第1端子、ソースが第2端子、ゲートが制御端子に相当する。
また、電流スイッチ108は、nチャネルMOSトランジスタにより形成されている。電源端子T102に電源電圧VDDが供給される。
また以下では、高周波信号をRF信号として説明する。
As shown in FIG. 4, the
Here, a case where an FET element is used as the
The
In the following description, the high frequency signal is described as an RF signal.
電力増幅用トランジスタ101のゲート(制御端子)は、入力整合回路102を介して高周波入力端子T101に接続され、抵抗R101を介してオペアンプ107の出力端子に接続されている。
トランジスタ101のソースは電流スイッチ108のソースに接続され、キャパシタC101を介して基準電位(接地電位)VSSに接続されている。トランジスタ101のドレインは高周波出力端子T104に接続され、出力負荷103を介して電源端子T102に接続されている。
The gate (control terminal) of the
The source of the
電源電圧依存電流生成回路104は、電源端子T102に接続されており、電源電圧VDDに応じた参照電流Ioを生成する。
換言すれば、電源電圧依存電流生成回路104は、電源電圧VDDによって変化するPAのバイアス用参照電流Ioを生成する。
電源電圧依存電流生成回路104は、電源電圧VDDが大きいほど出力参照電流Ioは小さく、電源電圧がVDD小さいほど出力参照電流Ioは大きくなるような特性を持っている。
The power supply voltage dependent
In other words, the power supply voltage-dependent
The power supply voltage dependent
図5は、本実施形態に係る電源電圧依存電流生成回路の構成例を示す回路図である。 FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration example of the power supply voltage dependent current generation circuit according to the present embodiment.
図5の電源電圧依存電流生成回路104は、カレントミラーCMRを形成するpチャネルMOSトランジスタ1041,1042、nチャネルMOSトランジスタ1044、オペアンプ1043、抵抗R1041,R1042、基準電圧供給端子T1041、および参照電流出力端子T1042を有する。
5 includes a p-
抵抗R1041とR1042が電源端子T102と基準電位VSSとの間に直列に接続されている。
MOSトランジスタ1041,1042のソースが電源端子T102に接続され、MOSトランジスタ1041のドレインが自身のゲート、MOSトランジスタ1042のゲートに接続されている。
オペアンプ1043は、非反転入力端子(+)が基準電圧供給端子T1041に接続され、反転入力端子(−)が抵抗R1041とR1042の接続点ND1に接続され、出力端子がMOSトランジスタ1044のゲートに接続されている。
Resistors R1041 and R1042 are connected in series between the power supply terminal T102 and the reference potential VSS.
The sources of the
The
図5の回路においては、オペアンプ1043によりノードND1の電位が所定レベルに保持されるようMOSトランジスタ1044のゲート電位が調節され、I1は次の式で表される。
In the circuit of FIG. 5, the
図5中のMOSトランジスタ1041,1042が理想的なカレントミラーとして動作する場合、出力電流IoはI1と等しい値となる。
When the
出力電流Ioは、基準電圧Vref、二つの抵抗R1041およびR1042の値によって決まる。 The output current Io is determined by the reference voltage Vref and the values of the two resistors R1041 and R1042.
図6は、本実施形態に係る電源電圧依存電流生成回路の別の構成例を示す回路図である。 FIG. 6 is a circuit diagram showing another configuration example of the power supply voltage dependent current generation circuit according to the present embodiment.
図6の電源電圧依存電流生成回路104Aは、抵抗R1051を有し、その抵抗R1051は電源端子T102と参照電流出力端子T1042の間に接続されており、出力電流Ioは次の式で表される。
The power supply voltage dependent
上式におけるR105は、図4における参照電流検出抵抗105の値を表している。
R105 in the above formula represents the value of the reference
通常R1051の抵抗値は、参照電流検出抵抗105よりずっと大きな値が選択されるため、出力電流IoはほぼR1051と電源電圧Vccによって決まる。
Normally, the resistance value of R1051 is selected to be much larger than that of the reference
参照電流検出抵抗105は、一端が電源電圧依存電流生成回路104の参照電流Ioの供給ラインおよびオペアンプ107の非反転入力端子(+)に接続され、他端が基準電位VSSに接続されている。
この参照電流検出抵抗105は、参照電流Ioを検出し第1の参照電圧V1に変換し、オペアンプ107に供給する機能を有する。
One end of the reference
The reference
バイアス電流検出抵抗106は、一端が電流スイッチ108のドレインおよびオペアンプ107の反転入力端子(―)に接続され、他端が基準電位VSSに接続されている。
このバイアス電流検出抵抗106は、増幅用トランジスタ101のバイアス電流IBを検出し第2の参照電圧V2に変換し、オペアンプ107に供給する機能を有する。
The bias
The bias
オペアンプ107は、二つの第1の参照電圧V1と第2の参照電圧V2を比較し、増幅用トランジスタ101のゲートの電圧制御するための信号S107を生成する。
オペアンプ107は、第1の参照電圧V1と第2の参照電圧V2が等しくなるように、信号S107を生成してトランジスタ101のゲートに供給する。
The
The
電流スイッチ108は、スイッチを形成するMOSトランジスタのゲートがイネーブル信号入力端子T103に接続されている。
電流スイッチ108は、図示しない制御系によりバイアス電流制御時にのみアクティブのハイレベルに設定されるイネーブル信号ENがゲートに供給されてその期間だけオンするように制御される。
In the
The
以下に、上記構成を有する電力増幅器のバイアス制御動作について説明する。 The bias control operation of the power amplifier having the above configuration will be described below.
電力増幅器(PA)として動作している場合には、高周波入力端子T101に高周波信号RFが入力され、電力増幅用トランジスタ101で増幅された後、トランジスタ101のドレインに接続された高周波出力端子T104から高周波信号RFが出力される。
そして、電力増幅器(PA)として動作している場合にも、以下に説明するバイアス制御が行われている。
When operating as a power amplifier (PA), a high frequency signal RF is input to the high frequency input terminal T101, amplified by the
Even when operating as a power amplifier (PA), bias control described below is performed.
バイアス制御時には、以下の動作が行われる。
電源電圧依存電流生成回路104においては、電源電圧VDDが信号として入力され、電源電圧VDDによって変化するPAのDCのバイアス用参照電流Ioが生成される。
この場合、ある基準に対して電源電圧VDDが大きいほど出力電流は小さく、電源電圧が小さいほど出力電流は大きくなるように参照電流の生成が行われる。
The following operations are performed during bias control.
In the power supply voltage dependent
In this case, the reference current is generated so that the output current is smaller as the power supply voltage VDD is larger than a certain standard, and the output current is larger as the power supply voltage is smaller.
電源電圧依存電流生成回路104において生成された参照電流Ioは、参照電流検出抵抗105へと流れ、第1の参照電圧信号V1に変換される。
The reference current Io generated in the power supply voltage dependent
一方、電力増幅用トランジスタ101に流れているバイアス電流IBは電流スイッチ108を介してバイアス電流検出抵抗106に流れ、ここで第2の参照電圧信号V2に変換される。
なお、電力増幅用トランジスタ101のソース端子は直流的にグランド端子から離れているが、DCカットキャパシタC101によって交流的には良好に接地されている。
On the other hand, the bias current IB flowing through the
Although the source terminal of the
電圧比較用のオペアンプ107により二つの参照電圧V1とV2とが比較され、比較結果に応じて信号S107が出力され、二つの参照電圧V1とV2が等しくなるような方向に電力増幅用トランジスタ101のゲート電位を変化させる。
以上を繰り返して、やがて二つの参照電圧V1とV2が等しくなり、以降はその状態が維持される。
The voltage comparison
By repeating the above, the two reference voltages V1 and V2 eventually become equal, and thereafter the state is maintained.
本実施形態において、二つの電流検出抵抗105,106は、同一プロセスの半導体上に製造されており、なおかつ可能な限り等しい抵抗比が保たれるように配置されていることが重要である。
それにより、参照電流とPAバイアス電流が良好にある比率を以って維持される。ただし、検出抵抗の絶対値は厳密にコントロールされる必要は無い。
In the present embodiment, it is important that the two
Thereby, the reference current and PA bias current are maintained at a good ratio. However, the absolute value of the detection resistor does not need to be strictly controlled.
図7は、本実施形態に係る電力増幅器の電源電圧変動に対するバイアス電流制御の効果を示す図である。
図7において、横軸が電源電圧VDDを、縦軸がPAバイアス電流IBをそれぞれ示している。
FIG. 7 is a diagram showing the effect of bias current control on the power supply voltage fluctuation of the power amplifier according to the present embodiment.
In FIG. 7, the horizontal axis represents the power supply voltage VDD, and the vertical axis represents the PA bias current IB.
図7からわかるように、本電力増幅器によれば、低電源電圧の時にはバイアス電流IBが増加することにより出力電力の低下を抑制することができる。
また、高電源電圧の時にはバイアス電流が低下することによって出力電力の必要以上の増加を抑制することができる。
As can be seen from FIG. 7, according to the present power amplifier, a decrease in output power can be suppressed by increasing the bias current IB when the power supply voltage is low.
In addition, when the power supply voltage is high, the bias current is reduced, so that an increase in output power more than necessary can be suppressed.
また、本電力増幅器によれば、上記作用とともに、電力増幅用トランジスタ101の製造時の閾値バラツキによるPAバイアス電流IBの変動を吸収・補償することができる。
Further, according to the power amplifier, in addition to the above-described operation, it is possible to absorb and compensate for the fluctuation of the PA bias current IB due to the threshold variation at the time of manufacturing the
図8は、本実施形態に係る電力増幅器の電力増幅用トランジスタの閾値電圧のバラツキに対するバイアス電流制御の効果を示す図である。
図8において、横軸が閾値電圧VTHを、縦軸がPAバイアス電流IBをそれぞれ示している。また、VTH1は目標閾値を、VTH2は製造時バラツキの最小値を、VTH3は製造時バラツキの最大値をそれぞれ示している。
FIG. 8 is a diagram showing the effect of bias current control on the variation in threshold voltage of the power amplification transistor of the power amplifier according to this embodiment.
In FIG. 8, the horizontal axis indicates the threshold voltage VTH, and the vertical axis indicates the PA bias current IB. VTH1 represents a target threshold value, VTH2 represents a minimum value during manufacturing, and VTH3 represents a maximum value during manufacturing.
図8から、本電力増幅器によれば、PAバイアス電流IBは広い範囲にわたって閾値電圧VTHに関わらず一定に維持できる様子が判る。 From FIG. 8, it can be seen that according to the present power amplifier, the PA bias current IB can be maintained constant regardless of the threshold voltage VTH over a wide range.
また、本実施形態においては、電力増幅器(PA)の非動作時は電流スイッチ108がイネーブル信号によりオフにされ、バイアス電流IBのDC経路がたたれるために完全にバイアス電流が遮断される。
PA用の電力増幅用トランジスタはサイズが大きいため非動作時の漏洩電流が問題となる場合があるが、本構成においてはその問題は無い。
Further, in the present embodiment, when the power amplifier (PA) is not operating, the
Since the power amplifying transistor for PA is large in size, there may be a problem of leakage current during non-operation, but there is no such problem in this configuration.
図9は、本実施形態に係る電力増幅器における電源電圧変動に対する補償の効果を示す図である。
図9において、横軸が電源電圧VDDを、縦軸が出力電力をそれぞれ示している。また、図9において、Aで示す曲線が本実施形態の電力増幅器の特性を、Bで示す曲線が電源電圧変動に対する補償が無い図2の電力増幅器の特性を示している。
FIG. 9 is a diagram illustrating the effect of compensation for power supply voltage fluctuations in the power amplifier according to the present embodiment.
In FIG. 9, the horizontal axis indicates the power supply voltage VDD, and the vertical axis indicates the output power. In FIG. 9, the curve indicated by A indicates the characteristics of the power amplifier of this embodiment, and the curve indicated by B indicates the characteristics of the power amplifier of FIG. 2 without compensation for power supply voltage fluctuations.
図9からわかるように、図2の電力増幅器のような電源電圧変動に対する補償が無い場合と比較して、本実施形態に係る電力増幅器は、その出力電力の変動を良好に抑制できている。 As can be seen from FIG. 9, the power amplifier according to the present embodiment can satisfactorily suppress the fluctuation of the output power as compared with the case where there is no compensation for the power supply voltage fluctuation like the power amplifier of FIG. 2.
図10は、本発明のバイアス制御方式を採用した第2の実施形態に係る電力増幅器を示す図である。 FIG. 10 is a diagram showing a power amplifier according to the second embodiment that employs the bias control method of the present invention.
本第2の実施形態の電力増幅器100Aが第1の実施形態の電力増幅器100と異なる点は、電源電圧依存電流生成回路104Aの出力電流の極性が異なり、二つの参照電流検出抵抗105とバイアス電流検出抵抗106の他端が電源端子T102に接続され、参照電流検出抵抗105の一端がオペアンプ107Aの反転入力端子(−)に接続され、バイアス電流検出抵抗106の一端がオペアンプ107Aの非反転入力端子(+)に接続されている点にある。
The
また、電流スイッチ108Aは、pチャネルMOSトランジスタにより形成され、そのソースがバイアス電流検出抵抗106の一端に接続され、ドレインが出力負荷を介して電力増幅トランジスタ101のドレインに接続されている。そして、電流スイッチ108Aを形成するMOSトランジスタのゲートには、端子T103を介してローレベルでアクティブのイネーブル信号ENXが供給される。
この構成ではDCカット容量は必要ない。
The
This configuration does not require a DC cut capacity.
図10の電力増幅器100Aの動作原理としては図4の構成を有する第1の実施形態の電力増幅器100と同様であり、本第2の実施形態の電力増幅器100Aによれば、上述した第1の実施形態の電力増幅器100の効果と同様の効果を得ることができる。
The operation principle of the
以上説明したように、本実施形態によれば、高周波信号を増幅するための電力増幅用トランジスタ101と、電源電圧に応じた参照電流を生成するための電源電圧依存電流生成回路104と、参照電流を検出し第1の参照電圧に変換するための参照電流検出抵抗105と、増幅用トランジスタ101のバイアス電流を検出し第2の参照電圧に変換するためのバイアス電流検出抵抗106と、二つの第1および第2の参照電圧を比較し、増幅用トランジスタ101の制御端子の電圧制御するための演算増幅器107と、を有することから、以下の効果を得ることができる。
DC−DCコンバータの場合に必要なコイルのようなサイズが大きい部品が必要なく、半導体プロセス上に集積可能であり、半導体集積回路の小型素子のみを利用して、電源電圧変動に対する高周波特性の変動を抑制し、かつトランジスタの製造バラツキによるバイアス電流の変動補償を同時に行うことができる。
また、設定電流精度はバイアス電流検出抵抗の絶対値精度に依らない。
As described above, according to the present embodiment, the
Fluctuations in high-frequency characteristics with respect to power supply voltage fluctuations using only a small element of a semiconductor integrated circuit that can be integrated on a semiconductor process without requiring a large-sized component such as a coil necessary for a DC-DC converter. In addition, it is possible to simultaneously compensate for fluctuations in bias current due to transistor manufacturing variations.
The set current accuracy does not depend on the absolute value accuracy of the bias current detection resistor.
なお、以上では、電力増幅用トランジスタとしてFET素子が使用される場合を示したが、バイポーラトランジスタの場合にも適用可能である。 In the above description, the FET element is used as the power amplification transistor. However, the present invention can also be applied to a bipolar transistor.
100,100A・・・電力増幅器、101・・・電力増幅用トランジスタ、102・・・入力整合回路、103、出力負荷、104,104A・・・電源電圧依存電流生成回路、105・・・参照電流検出抵抗、106・・・バイアス電流検出抵抗、107,107A・・・演算増幅器(オペアンプ)、108,108A・・・電流スイッチ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100,100A ... Power amplifier, 101 ... Power amplification transistor, 102 ... Input matching circuit, 103, Output load, 104, 104A ... Power supply voltage dependent current generation circuit, 105 ... Reference current Detection resistor, 106... Bias current detection resistor, 107, 107A, operational amplifier (op amp), 108, 108A, current switch.
Claims (5)
電源電圧に応じた参照電流を生成するための電源電圧依存電流生成回路と、
上記参照電流を検出し第1の参照電圧に変換するための参照電流検出抵抗と、
上記増幅用トランジスタのバイアス電流を検出し第2の参照電圧に変換するためのバイアス電流検出抵抗と、
上記第1および第2の参照電圧を比較し、比較結果に応じて上記増幅用トランジスタの制御端子の電圧を制御するための演算増幅器と、を有し、
前記演算増幅器の出力により上記電力増幅用トランジスタに流れるバイアス電流を制御する
電力増幅器。 A power amplification transistor for amplifying a high-frequency signal supplied to the control terminal;
A power supply voltage dependent current generation circuit for generating a reference current according to the power supply voltage;
A reference current detection resistor for detecting the reference current and converting it to a first reference voltage;
A bias current detection resistor for detecting a bias current of the amplifying transistor and converting it to a second reference voltage;
An operational amplifier for comparing the first and second reference voltages and controlling the voltage of the control terminal of the amplification transistor according to the comparison result;
A power amplifier that controls a bias current flowing through the power amplification transistor according to an output of the operational amplifier.
請求項1記載の電力増幅器。 The power amplifier according to claim 1, further comprising a current switch that is turned on for at least a predetermined period in a bias current path of the power amplification transistor.
上記参照電流検出抵抗の一端は、上記電源電圧依存電流生成回路の参照電流の供給ラインおよび上記演算増幅器の非反転入力端子に接続され、他端が基準電位に接続され、
上記バイアス電流検出抵抗の一端は、上記演算増幅器の反転入力端子および上記電流スイッチを介して上記電力増幅用トランジスタの第2端子に接続され、他端が基準電位に接続され、
上記電力増幅用トランジスタの第2端子と基準電位との間に直流カット用キャパシタが接続されている
請求項2記載の電力増幅器。 A first terminal of the power amplification transistor is connected to a power supply terminal side to which a power supply voltage is supplied, and a second terminal is connected to a reference potential side;
One end of the reference current detection resistor is connected to a reference current supply line of the power supply voltage dependent current generation circuit and a non-inverting input terminal of the operational amplifier, and the other end is connected to a reference potential.
One end of the bias current detection resistor is connected to the second terminal of the power amplification transistor via the inverting input terminal of the operational amplifier and the current switch, and the other end is connected to a reference potential.
The power amplifier according to claim 2, wherein a DC cut capacitor is connected between the second terminal of the power amplification transistor and a reference potential.
上記参照電流検出抵抗の一端は、上記電源電圧依存電流生成回路の参照電流の供給ラインラインおよび上記演算増幅器の反転入力端子に接続され、他端が上記電源端子に接続され、
上記バイアス電流検出抵抗の一端は、上記演算増幅器の非反転入力端子および上記電流スイッチを介して上記電力増幅用トランジスタの第1端子側に接続され、他端が上記電源端子に接続されている
請求項2記載の電力増幅器。 A first terminal of the power amplification transistor is connected to a power supply terminal side to which a power supply voltage is supplied, and a second terminal is connected to a reference potential side;
One end of the reference current detection resistor is connected to a reference current supply line of the power supply voltage dependent current generation circuit and an inverting input terminal of the operational amplifier, and the other end is connected to the power supply terminal.
One end of the bias current detection resistor is connected to the first terminal side of the power amplification transistor via a non-inverting input terminal of the operational amplifier and the current switch, and the other end is connected to the power supply terminal. Item 3. The power amplifier according to Item 2.
請求項1記載の電力増幅器。 The power amplifier according to claim 1, wherein the reference current detection resistor and the bias current detection resistor are mounted on a chip of the same process having uniformity.
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