JP2010233171A - High frequency amplifier circuit and communication apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、高周波信号を増幅する高周波増幅回路およびそれを用いた通信機器に関する。 The present invention relates to a high-frequency amplifier circuit that amplifies a high-frequency signal and a communication device using the same.
近年の無線通信端末においては小型化が要求されており、それに使用される部品も小型化が要求されている。高周波増幅回路においても例外ではなく、例えばIEEE(Institute of Electrical and Electronic Engineers)802.11a/b/gに準拠する無線LAN(Local Area Network)に用いられているOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)変調信号や、携帯電話で用いられているCDMA(Code Division Multiple Access)方式の高周波信号等の増幅にも、パワー密度の許容値が大きいヘテロ接合型バイポーラトランジスタを用いた高周波増幅回路が利用されている。 In recent years, wireless communication terminals are required to be downsized, and parts used therefor are also required to be downsized. There is no exception in high-frequency amplifier circuits, for example, OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) modulation signals used in wireless LAN (Local Area Network) compliant with IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) 802.11a / b / g, A high frequency amplifier circuit using a heterojunction bipolar transistor having a large allowable power density is also used for amplifying CDMA (Code Division Multiple Access) type high frequency signals used in mobile phones.
ところが一般的にGaAsなどで構成されるヘテロ接合型バイポーラトランジスタは、そのベースにおけるオン電圧が高いために、図2に示すようなバイアス供給回路(非特許文献1)を用いた高周波増幅回路では2.5V以上のバイアス供給電圧が必要となり、これ以下の電圧では電流が流れないため、低電圧化が難しい。あるいは、2.8Vから3Vといった閾値に近い電圧をバイアス供給回路への供給電圧とすると、バイアス供給電圧の変動あるいは温度変動に際して流れる電流が大きく変動し、不安定となってしまう。 However, in general, a heterojunction bipolar transistor composed of GaAs or the like has a high on-voltage at its base, so that a high-frequency amplifier circuit using a bias supply circuit (Non-Patent Document 1) as shown in FIG. A bias supply voltage of 0.5 V or higher is required, and current does not flow at voltages lower than this, so it is difficult to reduce the voltage. Alternatively, if a voltage close to a threshold value of 2.8 V to 3 V is used as the supply voltage to the bias supply circuit, the current that flows when the bias supply voltage changes or the temperature changes greatly fluctuates and becomes unstable.
この課題を解決するために、例えば非特許文献2では、ディプレション型電界効果型トランジスタをバイアス供給回路に組み込むことを提案している。これは従来別々だったヘテロ接合型バイポーラトランジスタプロセスとショットキー接合型のディプレション型電界効果トランジスタプロセスを、同一ウェハに適用することが可能になったことを利用している。 In order to solve this problem, for example, Non-Patent Document 2 proposes to incorporate a depletion type field effect transistor in a bias supply circuit. This utilizes the fact that the heterojunction bipolar transistor process and the Schottky junction depletion type field effect transistor process, which have been conventionally separated, can be applied to the same wafer.
しかしながら、非特許文献2の回路では、ディプレション型電界効果トランジスタのゲート閾値電圧の絶対値が、ヘテロ接合型バイポーラトランジスタのベースのオン電圧より十分小さいことが必要となる。非特許文献2の回路を図3に示し、これを用いて説明する。図3に示す回路では、ヘテロ接合型バイポーラトランジスタ21、22と、電界効果トランジスタ31と、抵抗11とを備える。ヘテロ接合型バイポーラトランジスタ22は、高周波信号を増幅する。ヘテロ接合型バイポーラトランジスタ21のベース-エミッタ間電圧をVbe、電界効果トランジスタ31のゲート−ソース間電圧をVgsとすると、電界効果トランジスタ31のコレクタの電位は、Vbe+Vgsと表される。抵抗11の抵抗値によりヘテロ接合型バイポーラトランジスタ21のコレクタに流れる電流が調整され、ヘテロ接合型バイポーラトランジスタ21のベースの電圧とヘテロ接合型バイポーラトランジスタ22のベース電圧が同じになるために、トランジスタの比に応じてヘテロ接合型バイポーラトランジスタ22のコレクタ電流が流れる、いわゆるカレントミラー構成となっている。
However, in the circuit of Non-Patent Document 2, it is necessary that the absolute value of the gate threshold voltage of the depletion type field effect transistor is sufficiently smaller than the ON voltage of the base of the heterojunction bipolar transistor. The circuit of Non-Patent Document 2 is shown in FIG. The circuit shown in FIG. 3 includes heterojunction
電界効果トランジスタ31はディプレション型電界効果トランジスタであり、ソース電流はヘテロ接合型バイポーラトランジスタ21及び22のベースへの供給電流であるので十分小さく、Vgsは負となる。ところで電界効果トランジスタ31のゲート−ソース間閾値電圧の絶対値が大きい場合、Vgsの絶対値も大きくなり、ノードN3の電位は低くなる。ヘテロ接合型バイポーラトランジスタ21のコレクタ−エミッタ間の電圧がニー電圧以下となった場合、ヘテロ接合型バイポーラトランジスタ21は飽和領域での動作となる。このとき、高周波増幅用ヘテロ接合型バイポーラトランジスタ22のコレクタ−エミッタ間電圧は別の電源から与えられるため十分大きく、飽和領域にはないため両者の状態が異なり、カレントミラーが機能しなくなってしまう。
The
一般にGaAs基板を用いたヘテロ接合型バイポーラトランジスタのVbeは約1.2Vであり、近年ヘテロ接合型バイポーラトランジスタと同一ウェハに作成可能となったpHEMTプロセスによるディプレション型電界効果トランジスタの閾値電圧は約−1V程度なので、コレクタ−エミッタ間電圧は最小で0.2Vと極めて小さくなる。上記の問題を避けるためには、製造プロセスの調整によりディプレション型電界効果トランジスタの閾値電圧を調整することも可能ではあるが、仮に閾値電圧を上げた場合、同一チップ上に作成されるスイッチなど他の回路で使用しているディプレション型電界効果トランジスタの性能を劣化させてしまう。 In general, Vbe of a heterojunction bipolar transistor using a GaAs substrate is about 1.2 V, and the threshold voltage of a depletion type field effect transistor by a pHEMT process that can be formed on the same wafer as a heterojunction bipolar transistor in recent years is Since the voltage is about -1V, the collector-emitter voltage is as small as 0.2V as a minimum. In order to avoid the above problem, it is possible to adjust the threshold voltage of the depletion type field effect transistor by adjusting the manufacturing process. However, if the threshold voltage is increased, a switch created on the same chip. The performance of the depletion type field effect transistor used in other circuits is deteriorated.
本発明の目的は、上記の問題を解決し、バイアス供給回路への供給電圧が低くても機能する高周波増幅回路を実現することである。 An object of the present invention is to solve the above problems and to realize a high-frequency amplifier circuit that functions even when the supply voltage to the bias supply circuit is low.
本発明の高周波増幅回路は、高周波信号を増幅する高周波増幅回路において、高周波信号を増幅する第1のヘテロ接合バイポーラトランジスタと、前記第1のヘテロ接合型バイポーラトランジスタのベース端子にバイアス電圧を供給するバイアス供給回路を備え、前記バイアス供給回路には、エミッタが接地された第2のヘテロ接合バイポーラトランジスタと、デプレッション型電界効果トランジスタと、第1〜第3の抵抗を有し、前記第2のヘテロ接合型バイポーラトランジスタのコレクタには第3の抵抗を介してバイアス供給回路電源端子へ接続され、前記デプレッション型電界効果トランジスタのドレインは抵抗を介して又は直接バイアス供給回路電源端子へ接続され、前記第1の抵抗の一端は前記第2のヘテロ接合型バイポーラトランジスタのコレクタに接続され、前記第1の抵抗の他端は第1のノードに接続され、前記第2の抵抗の一端は前記第1のノードに接続され、前記第2の抵抗の他端は接地され、前記デプレッション型電界効果トランジスタのゲートは第1のノードに接続され、前記デプレッション型電界効果トランジスタのソースと前記第2のヘテロ接合バイポーラトランジスタのベースが直接又は抵抗を介して接続され、前記デプレッション型電界効果トランジスタのソースからバイアス電圧が出力されることを特徴とする。
The high-frequency amplifier circuit according to the present invention supplies a bias voltage to a first heterojunction bipolar transistor that amplifies a high-frequency signal and a base terminal of the first heterojunction bipolar transistor in the high-frequency amplifier circuit that amplifies the high-frequency signal. A bias supply circuit, the bias supply circuit including a second heterojunction bipolar transistor having an emitter grounded, a depletion type field effect transistor, and first to third resistors, and the second heterojunction bipolar transistor. The collector of the junction type bipolar transistor is connected to a bias supply circuit power supply terminal via a third resistor, and the drain of the depletion type field effect transistor is connected to the bias supply circuit power supply terminal via a resistor or directly. One end of the
また、前記高周波増幅回路においては、前記第1のノードは容量を介して高周波的に接地されていてもよい。 In the high-frequency amplifier circuit, the first node may be grounded at a high frequency via a capacitor.
また、前記第1のノードと前記デプレッション型電界効果トランジスタのゲートは抵抗を介して接続されていてもよい。 Further, the first node and the gate of the depletion type field effect transistor may be connected via a resistor.
本発明の無線機器は、上記いずれかの高周波増幅回路を用いたことを特徴とする。 A wireless device according to the present invention uses any one of the above-described high-frequency amplifier circuits.
本発明によれば、閾値電圧の絶対値が大きいディプレション型電界効果トランジスタをバイアス供給回路に用いることが可能となるため、低いバイアス供給電圧で動作可能な高周波増幅回路を実現することができる。 According to the present invention, since a depletion type field effect transistor having a large absolute value of the threshold voltage can be used for the bias supply circuit, a high-frequency amplifier circuit that can operate with a low bias supply voltage can be realized. .
本発明の実施形態について図面を参照しつつ以下説明するが、本発明がこれらに限定されるものではない。図1は高周波信号を増幅する高周波増幅回路の第1の実施形態の回路図である。図1に示す高周波増幅回路は、高周波信号を増幅する第1のヘテロ接合バイポーラトランジスタ22と、第1のヘテロ接合型バイポーラトランジスタ22のベース端子にバイアス電圧を供給するバイアス供給回路1を備える。バイアス供給回路1には、エミッタが接地された第2のヘテロ接合バイポーラトランジスタ21と、デプレッション型電界効果トランジスタ31と、第1の抵抗12、第2の抵抗13および第3の抵抗11を有する。図1に示す高周波増幅回路は、さらに抵抗14および15を備える。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto. FIG. 1 is a circuit diagram of a first embodiment of a high frequency amplifier circuit for amplifying a high frequency signal. The high frequency amplifier circuit shown in FIG. 1 includes a first heterojunction
第1の抵抗12の一端は第2のヘテロ接合型バイポーラトランジスタ21のコレクタに接続され、第1の抵抗12の他端は第1のノードN1に接続されている。また、第2の抵抗13の一端は第1のノードN1に接続され、第2の抵抗13の他端は接地されている。すなわち第1のノードN1は第1の抵抗12と第2の抵抗13とを接続するノードである。デプレッション型電界効果トランジスタ31のゲートは第1のノードN1に接続される。第2のヘテロ接合バイポーラトランジスタ21のコレクタは第3の抵抗11を介してバイアス供給回路電源端子51に接続されている。デプレッション型電界効果トランジスタ31のドレインは、本実施形態においてはバイアス供給回路電源端子51に接続されるが、デプレッション型電界効果トランジスタ31のドレイン−エミッタ電圧が十分大きくなる範囲であれば、他の電源に接続しても良い。また、デプレッション型電界効果トランジスタ31のドレインは直接バイアス供給回路電源端子51へ接続されているが、抵抗を介してバイアス供給回路電源端子51へ接続されてもよい。
One end of the
デプレッション型電界効果トランジスタ31のソースと第2のヘテロ接合バイポーラトランジスタ21のベースが抵抗14を介して接続されている。ただし、抵抗14は本発明において必須ではなく、増幅器の特性を調整するためには省略し、デプレッション型電界効果トランジスタ31のソースと第2のヘテロ接合バイポーラトランジスタ21のベースを直接接続してもよい。デプレッション型電界効果トランジスタ31のソースからバイアス電圧が出力され、抵抗15を介して高周波増幅用の第1のヘテロ接合型バイポーラトランジスタ22のベースに供給される。高周波信号は、高周波信号入力端子52から容量41を介して第1のヘテロ接合型バイポーラトランジスタ22のベースに入力され、第1のヘテロ接合型バイポーラトランジスタ22のコレクタから増幅された高周波信号が高周波信号出力端子53から出力される。
The source of the depletion type
本実施形態において第1の抵抗12の抵抗値は8kΩ、第2の抵抗13の抵抗値は2kΩであり、第3の抵抗11の抵抗値は100Ωである。バイアス供給回路の消費電力を小さくするためには第1、第2の抵抗12、13の抵抗値は第3の抵抗11に比べて十分大きい値が望ましい。ただし、デプレッション型電界効果トランジスタ31のゲートはショットキー接合型となるため、ゲートリーク電流が大きい。したがってこのリーク電流による電圧降下の影響を避けるためには、第1、第2の抵抗12、13の抵抗値は1MΩ以下であることが望ましい。また、第2のヘテロ接合バイポーラトランジスタ21及び第1のヘテロ接合型バイポーラトランジスタ22のベース−エミッタ間電圧の閾値は1.2V、デプレッション型電界効果トランジスタ31のゲート−エミッタ間電圧の閾値は−1.0Vである。
In this embodiment, the resistance value of the
以上のような回路構成とすることにより、デプレッション型電界効果トランジスタ31のゲート電位が0.2V程度であったとしても、第2のヘテロ接合バイポーラトランジスタ21のコレクタ電位は1.0V程度となるため、図2に示す従来の構成で生じていた、第2のヘテロ接合バイポーラトランジスタ21が飽和領域とる事態を避けることができる。また、この構成の場合、バイアス供給電圧は余裕を見て1.5V以上あればよく、図3に示す従来の構成で必要であった2.5Vより低下させることが可能となる。すなわち、低いバイアス供給電圧で動作可能であり、電圧変動や温度変動に対して安定動作が可能な高周波増幅回路を安価に実現することができる。
With the circuit configuration as described above, even if the gate potential of the depletion type
図4に本発明の第2の実施形態を示す。図4に示す実施形態では、デプレッション型電界効果トランジスタ31のゲートに容量42の一端が接続され、容量42の他端が接地される。すなわち、第1のノードN1が容量42を介して高周波的に接地されている。このような構成をとることにより、バイアス供給回路における安定性を増すことが出来る。
FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention. In the embodiment shown in FIG. 4, one end of a
図5に本発明の第3の実施形態を示す。図5に示す実施形態では、第1のノード(第1および第2の抵抗12及び13の接続点)とデプレッション型電界効果トランジスタ31のゲートが抵抗16を介して接続される。このような構成をとることにより、静電気放電などによる過大な電圧入力に対してのデプレッション型電界効果トランジスタ31の破壊耐性を向上させることが可能となる。
FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention. In the embodiment shown in FIG. 5, the first node (the connection point of the first and
上述した各高周波増幅回路は、携帯電話、無線LAN等の無線通信に用いる端末機器などの通信機器に用いることができる。 Each high-frequency amplifier circuit described above can be used in communication devices such as terminal devices used for wireless communication such as mobile phones and wireless LANs.
1:バイアス供給回路
11:第3の抵抗
12:第1の抵抗
13:第2の抵抗
14〜16:抵抗
21:第2のヘテロ接合バイポーラトランジスタ
22:第1のヘテロ接合バイポーラトランジスタ
23:ヘテロ接合バイポーラトランジスタ
31:ディプレション型電界効果トランジスタ
41、42:容量
51:バイアス供給回路電源端子
52:高周波信号入力端子
53:高周波信号出力端子
1: bias supply circuit 11: third resistor 12: first resistor 13: second resistor 14-16: resistor 21: second heterojunction bipolar transistor 22: first heterojunction bipolar transistor 23: heterojunction Bipolar transistor 31: Depletion type
Claims (4)
高周波信号を増幅する第1のヘテロ接合バイポーラトランジスタと、前記第1のヘテロ接合型バイポーラトランジスタのベース端子にバイアス電圧を供給するバイアス供給回路を備え、
前記バイアス供給回路には、エミッタが接地された第2のヘテロ接合バイポーラトランジスタと、デプレッション型電界効果トランジスタと、第1〜第3の抵抗を有し、
前記第2のヘテロ接合型バイポーラトランジスタのコレクタには第3の抵抗を介してバイアス供給回路電源端子へ接続され、前記デプレッション型電界効果トランジスタのドレインは抵抗を介して又は直接バイアス供給回路電源端子へ接続され、前記第1の抵抗の一端は前記第2のヘテロ接合型バイポーラトランジスタのコレクタに接続され、前記第1の抵抗の他端は第1のノードに接続され、前記第2の抵抗の一端は前記第1のノードに接続され、前記第2の抵抗の他端は接地され、前記デプレッション型電界効果トランジスタのゲートは第1のノードに接続され、前記デプレッション型電界効果トランジスタのソースと前記第2のヘテロ接合バイポーラトランジスタのベースが直接又は抵抗を介して接続され、前記デプレッション型電界効果トランジスタのソースからバイアス電圧が出力されることを特徴とする高周波増幅回路。 In a high frequency amplifier circuit that amplifies a high frequency signal,
A first heterojunction bipolar transistor for amplifying a high-frequency signal; and a bias supply circuit for supplying a bias voltage to a base terminal of the first heterojunction bipolar transistor;
The bias supply circuit includes a second heterojunction bipolar transistor whose emitter is grounded, a depletion type field effect transistor, and first to third resistors.
The collector of the second heterojunction bipolar transistor is connected to a bias supply circuit power supply terminal via a third resistor, and the drain of the depletion type field effect transistor is connected to the bias supply circuit power supply terminal via a resistor or directly. One end of the first resistor is connected to a collector of the second heterojunction bipolar transistor, the other end of the first resistor is connected to a first node, and one end of the second resistor Is connected to the first node, the other end of the second resistor is grounded, the gate of the depletion-type field effect transistor is connected to the first node, the source of the depletion-type field effect transistor and the first A base of two heterojunction bipolar transistors is connected directly or through a resistor, and the depletion type electric field High-frequency amplifier circuit, wherein a bias voltage from the source of the fruit transistor is output.
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