JP2010258867A - 利得可変増幅回路及びそれを用いた無線通信機器用の集積回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の増幅回路は、3個のリアクタンス機能素子によって構成する広い可変インピーダンス範囲を有する可変負荷回路が、入力電圧に対してコンダクタンスに比例する電流を出力端子から正相出力するコンダクタ回路に接続されている。
【選択図】図1
Description
従来より、無線通信機に必要不可欠な構成要素として無線通信用増幅器が開発されてきた。増幅器開発を牽引する応用は、GSM(Global System for Mobile Communications )やPDC(Personal Digital Cellar)、PHS(Personal Handy-phone System)、PCS(Personal Communication Services)などの携帯電話用無線通信機、IEEE規格に定められた無線通信仕様である802.11a、802.11b、802.11gに準拠するワイヤレスLANを構成する無線通信機、そしてワイヤレスMAN(Wireless Metropolitan Area Network)や高速データレイト無線通信を可能とするミリ波ワイヤレスPAN(Wireless Personal Area Network)など多岐に渡り、その周波数上限は準ミリ波帯からミリ波帯まで及んでいる。
特許文献1では、第1から第4の4つのカスコードトランジスタを選択的に動作させることにより、負荷回路の流れる電流を分配する利得切り替え可能な増幅器を構成しているが、前記カスコードトランジスタが動作するためのバイアス電圧を確保する必要があることから、低電圧動作には所定のバイアス電圧を確保できず、増幅度などの性能劣化が発生する問題がある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
即ち、本発明の代表的な増幅回路は、前段の出力インピーダンスに対する所定の整合インピーダンスを発生する入力整合回路と、前記入力整合回路を介して印加される入力電圧と基準電圧端子との間に発生する電圧に対して、コンダクタンスに比例する電流を出力するコンダクタ回路と、前記コンダクタ回路に印加される入力電流を電圧信号に変換する機能を有し、前記電流−電圧の変換率を制御可能な少なくとも1つの可変負荷回路と、前記可変負荷回路に接続され、次段の入力インピーダンスに対する所定の整合インピーダンスを発生する出力整合回路と、前記可変負荷回路に接続され特定の周波数範囲で抵抗性の電力損失を発生させる安定化回路とを具備して成り、前記可変負荷回路は、3つのリアクタンス機能素子で構成されており、前記3つのリアクタンス機能素子の少なくとも1つはリアクタンス値の可変機能を有しており、前記入力整合回路の入力端子を入力端子、前記出力整合回路の出力端子を出力端子とすることを特徴とする。
図3は、図2におけるインダクタ素子を可変にした場合のインピーダンスの変化を示している。図3の(a)に示したように、可変負荷回路3は、3個のリアクタンス機能素子が、1個の可変容量素子(C1)62と、2個の可変インダクタンス素子(L1,L2)72、73と、3つの可変制御端子31、32、33で構成され、C1−L2の直列接続回路とL1との並列接続構造を有することによって、インピーダンスの周波数依存性に極小点を発生させることができる。
図5の例は、図5の(a)に示したように、図4の例におけるインダクタ素子(L1,L2)を可変にした構造である。すなわち、図5の(a)に示したように、2個の可変インダクタンス素子(L1,L2)72、73を直列に配置し、1個の可変容量素子(C1)62を可変インダクタンス素子L1と並列接続した構造を有する。すなわち、可変負荷回路3は、第1の可変容量62と第1の可変インダクタ72と第2の可変インダクタ73の3つの素子を具備し、第1の可変インダクタの一方の端子を可変負荷回路の入力端子とし、他方の端子を第2のインダクタの一方の端子に接続し、第2の可変インダクタの他方の端子を可変負荷回路の出力端子とし、第1の可変容量の一方の端子を第1と第2のインダクタの接続端子に接続し、他方の端子を可変負荷回路の出力端子とし、第1の可変容量の容量制御端子31と、第1の可変インダクタのインダクタ制御端子32と、第2の可変インダクタのインダクタ制御端子33とを可変負荷回路の3つの制御端子としている。
図7の例は、図6の実施例におけるインダクタ素子(L1)を可変にした構造である。すなわち、図7の(a)に示したように、1個の可変容量素子(C1)62を可変インダクタンス素子(L1)72と並列接続した構造を有する。
本実施例によれば、増幅回路100を差動化することによって、同相雑音成分の除去効果が高められる利点がある。
3: 可変負荷回路(VIMPC)
4: 可変負荷回路(VIMPC)
5: 出力整合回路(MCOUT)
6: 安定化回路(STBC)
21: 第1のn型バイポーラ型トランジスタ
22: 第1の抵抗
23: 第1のインダクタ
25: 帰還回路
31: 可変制御端子
32: 可変制御端子
33: 可変制御端子
41: 可変負荷回路の可変制御端子
62: 容量値可変の容量C1
63: 固定インダクタンス素子L1
64: 固定インダクタンス素子L2
66: 固定容量素子
72: 可変インダクタンス素子
73: 可変インダクタンス素子
100: 利得可変増幅回路(以下、単に増幅回路)
101: 利得可変増幅回路の入力端子
102: 利得可変増幅回路の出力端子
104: ベース電位制御端子
201: 定電圧(低)電源端子
202: 定電圧(高)電源端子
203: 直流電圧印加端子
204: 電圧端子。
Claims (20)
- 前段の出力インピーダンスに対する所定の整合インピーダンスを発生する入力整合回路と、
前記入力整合回路を介して印加される入力電圧と基準電圧端子との間に発生する電圧に対して、コンダクタンスに比例する電流を出力するコンダクタ回路と、
前記コンダクタ回路に印加される入力電流を電圧信号に変換する機能を有し、前記電流−電圧の変換率を制御可能な少なくとも1つの可変負荷回路と、
前記可変負荷回路に接続され、次段の入力インピーダンスに対する所定の整合インピーダンスを発生する出力整合回路と、
前記可変負荷回路に接続され特定の周波数範囲で抵抗性の電力損失を発生させる安定化回路と
を具備して成り、
前記可変負荷回路は、3つのリアクタンス機能素子で構成されており、前記3つのリアクタンス機能素子の少なくとも1つはリアクタンス値の可変機能を有しており、
前記入力整合回路の入力端子を入力端子、前記出力整合回路の出力端子を出力端子とする
ことを特徴とする利得可変増幅回路。 - 請求項1において、
前記可変負荷回路の前記リアクタンス値の可変機能を有するリアクタンス機能素子は、入力端子、出力端子、及び1つ以上の制御端子を有し、
前記入力端子と前記出力端子間に現れるインピーダンスに関して、前記制御端子に印加する制御信号によって、高いインピーダンスを発生する周波数帯の周波数と低いインピーダンスを発生する周波数帯の周波数を変化させる
ことを特徴とする利得可変増幅回路。 - 請求項1において、
前記可変負荷回路は、前記3つのリアクタンス機能素子の少なくとも2つがリアクタンス値の可変機能を有しており、
前記各リアクタンス機能素子の各制御端子の制御によって可変インダクタ値もしくは可変容量値を協調的に可変し、所定の負荷インピーダンスを得る
ことを特徴とする利得可変増幅回路。 - 請求項1において、
前記可変負荷回路は、
該可変負荷回路の入力端子と出力端子間に現れるインピーダンスにおいて、
1つ以上の高いインピーダンスを発生する周波数帯と、
1つ以上の低いインピーダンスを発生する周波数帯と有する
ことを特徴とする利得可変増幅回路。 - 請求項1において、
前記可変負荷回路は、入力端子と出力端子と1つ以上の制御端子を有し、
該入力端子と該出力端子間に現れるインピーダンスにおいて、
1つ以上の高いインピーダンスを発生する周波数帯と、
1つ以上の低いインピーダンスを発生する周波数帯と有し、
前記の高いインピーダンスを発生する周波数帯の周波数と前記の低いインピーダンスを発生する周波数帯の周波数を、前記の1つ以上の制御端子に印加する制御信号によって変化させる
ことを特徴とする利得可変増幅回路。 - 請求項1において、
前記可変負荷回路は、
第1のインダクタと第2のインダクタと第1の可変容量の3つの素子を具備し、
前記第1のインダクタの一方の端子を前記可変負荷回路の入力端子とし、他方の端子を前記第2のインダクタの一方の端子に接続し、
前記第2のインダクタの他方の端子を前記可変負荷回路の出力端子とし、
前記第1の可変容量の一方の端子を前記第1と第2のインダクタの接続端子に接続し、
他方の端子を前記可変負荷回路の出力端子とし、
前記第1の可変容量の容量制御端子を前記可変負荷回路の制御端子とする
ことを特徴とする利得可変増幅回路。 - 請求項1において、
前記可変負荷回路は、
第1の可変インダクタと第2の可変インダクタと第1の可変容量の3つの素子を具備し、
前記第1の可変インダクタの一方の端子を前記可変負荷回路の入力端子とし、他方の端子を前記第2のインダクタの一方の端子に接続し、
前記第2の可変インダクタの他方の端子を前記可変負荷回路の出力端子とし、
前記第1の可変容量の一方の端子を前記第1と第2の可変インダクタの接続端子に接続し、
他方の端子を前記可変負荷回路の出力端子とし、
前記第1の可変インダクタのインダクタ制御端子と前記第2の可変インダクタのインダクタ制御端子と前記第1の可変容量の容量制御端子を、前記可変負荷回路の3つの制御端子とする
ことを特徴とする利得可変増幅回路。 - 請求項1において、
前記可変負荷回路は、
第1の容量と第1の可変容量と第1のインダクタの3つの素子を具備し、
第1の容量の一方の端子を前記可変負荷回路の入力端子とし、他方の端子を第1の可変容量の一方の端子に接続し、
第1の可変容量の他方の端子を可変負荷回路の出力端子とし、
第1のインダクタの一方の端子を第1の容量と第1の可変容量の接続端子に接続し、
他方の端子を前記可変負荷回路の出力端子とし、
前記第1の可変容量の容量制御端子を
前記可変負荷回路の1つの制御端子とする
することを特徴とする利得可変増幅回路。 - 請求項1において、
前記可変負荷回路は、
第1の可変容量と第2の可変容量と第1のインダクタの3つの素子を具備し、
前記第1の可変容量の一方の端子を前記可変負荷回路の入力端子とし、他方の端子を前記第2の可変容量の一方の端子に接続し、
前記第2の可変容量の他方の端子を前記可変負荷回路の出力端子とし、
前記第1の可変インダクタの一方の端子を前記第1と第2の可変容量の接続端子に接続し、
他方の端子を前記可変負荷回路の出力端子とし、
前記第1の可変容量の容量制御端子と前記第2の可変容量の容量制御端子と前記第1の可変インダクタのインダクタ制御端子を、前記可変負荷回路の3つの制御端子とする
ことを特徴とする利得可変増幅回路。 - 請求項1において、
前記可変負荷回路は、
特定周波数における増幅回路の出力電圧振幅を参照する補正回路を具備し、
前記補正回路出力端子の電圧値に応じて、可変インダクタ値もしくは可変容量値を調整し、所定の負荷インピーダンスを得る
ことを特徴とする利得可変増幅回路。 - 請求項1において、
前記コンダクタ回路は、
入力電圧に比例した出力電流を出力するコンダクタコア回路と、
前記コンダクタコア回路の出力端子から入力端子を接続する帰還回路を具備する
ことを特徴とする利得可変増幅回路。 - 請求項1において、
前記コンダクタ回路は、
入力電圧に比例した出力電流を出力するコンダクタコア回路と、
前記コンダクタコア回路の出力端子に接続されるカスコード回路と
を具備し、
前記コンダクタコア回路の入力端子を前記コンダクタ回路の入力端子とし、前記カスコード回路の出力端子を前記コンダクタ回路の出力端子とする
ことを特徴とする利得可変増幅回路。 - 請求項1において、
前記可変負荷回路は、前記リアクタンス機能素子としての可変容量を備えており、
前記可変容量は、
1つ以上の、容量と制御端子によって開閉を制御できるスイッチの直列接続回路を並列接続することによって、可変容量全体の容量値を可変とする
ことを特徴とする利得可変増幅回路。 - 請求項1において、
前記可変負荷回路は、前記リアクタンス機能素子としての可変インダクタを備えており、
前記可変インダクタは、
1つ以上の、インダクタと制御端子によって開閉を制御できるスイッチの直列接続回路を並列接続することによって、可変インダクタ全体のインダクタンス値を可変とする
ことを特徴とする利得可変増幅回路。 - 請求項1において、
前記可変負荷回路は、前記リアクタンス機能素子としての可変インダクタを備えており、
前記可変インダクタは、
第1のインダクタによる構成する1次側回路と、
第2のインダクタと第1の可変容量の直列接続する2次側回路と
を具備し、
前記第1と第2のインダクタ間の相互インダクタンスを前記第1の可変容量によって制御して前記1次側回路のインダクタンス値を可変とする
ことを特徴とする利得可変増幅回路。 - 請求項1において、
前記入力整合回路として、第1の容量と第2の容量とを具備し、
前記第1の容量の一方の端子を前記入力整合回路の入力端子とし、
前記第1の容量の他方の端子を前記第2の容量の一方の端子に接続して前記入力整合回路の出力端子とし、前記第2の容量の他方を接地して構成され、
前記コンダクタ回路として、第1のn型バイポーラ型トランジスタと第1の抵抗と第1のインダクタを具備し、
前記第1のn型バイポーラ型トランジスタのベースを前記コンダクタ回路の入力端子とし、
前記第1のn型バイポーラ型トランジスタのコレクタを前記コンダクタ回路の出力端子とし、
前記第1のn型バイポーラ型トランジスタのエミッタに前記インダクタの一方の端子を接続し、前記第1のインダクタの他方の端子を接地し、
前記第1の抵抗の端子の一方の端子を前記第1のn型バイポーラ型トランジスタのベースに接続し、
前記第1の抵抗の他方の端子を前記コンダクタ回路のバイアス用端子として構成され、
前記出力整合回路として、第3の容量と第4の容量を具備し、
前記第3の容量の一方の端子を前記出力整合回路の入力端子とし、
前記第3の容量の他方の端子を前記第4の容量の一方の端子に接続して前記出力整合回路の出力端子とし、前記第4の容量の他方の端子を接地して構成され、
前記安定化回路として、第2の抵抗と第5の容量を具備し、
前記第2の抵抗の一方の端子を前記コンダクタ回路の出力端子に接続し、
前記第2の抵抗の他方の端子を前記第5の容量の一方の端子に接続し、
前記第5の容量の他方の端子を接地して構成されている
ことを特徴とする利得可変増幅回路。 - 前段の出力インピーダンスに対する所定の整合インピーダンスを発生する一対の入力整合回路と、
前記一対の入力整合回路を介して印加される入力電圧と基準電圧端子との間に発生する電圧に対して、コンダクタンスに比例する差動電流を出力する差動コンダクタ回路と、
前記差動コンダクタ回路に印加される入力電流を電圧信号に変換する機能を有し、前記電流−電圧の変換率を制御可能な2つの差動可変負荷回路と、
前記2つの差動可変負荷回路に接続され、次段の入力インピーダンスに対する所定の整合インピーダンスを発生する一対の出力整合回路と、
前記2つの差動可変負荷回路に接続され特定の周波数範囲で抵抗性の電力損失を発生させる一対の安定化回路と
を具備して成り、
前記2つの差動可変負荷回路は、各々、3つのリアクタンス機能素子で構成されており、前記3つのリアクタンス機能素子の少なくとも1つはリアクタンス値の可変機能を有しており、
前記一対の入力整合回路の入力端子を入力端子、前記一対の出力整合回路の出力端子を出力端子とする
ことを特徴とする利得可変増幅回路。 - 請求項17において、
入力端子と出力端子を有し、前段の出力インピーダンスに対する所定の整合インピーダンスを入力端子に発生する第1と第2の入力整合回路と、
前記第1と第2の入力整合回路のそれぞれの出力端子と接続する差動入力端子に印加される差動入力電圧と基準電圧端子との間に発生する電圧に対してコンダクタンスに比例する差動電流を差動出力端子から出力する前記差動コンダクタ回路と、
前記差動コンダクタ回路の差動出力端子に接続する差動入力端子に印加される差動入力電流を差動電圧信号に変換してその変換率を制御可能な第1の差動可変負荷回路と、
前記差動コンダクタ回路の差動基準端子に接続する差動入力端子に印加される差動入力電流を差動電圧信号に変換してその変換率を制御可能な第2の差動可変負荷回路と、
前記差動可変負荷回路の差動入力端子に接続する入力端子と出力端子を有し、次段の入力インピーダンスに対する所定の整合インピーダンスを出力端子に発生する第1と第2の出力整合回路と、
前記第1の差動負荷回路の差動入力端子に接続し特定の周波数範囲で抵抗性の電力損失を発生させる第1と第2の安定化回路を具備し、
前記第1と第2の入力整合回路の入力端子を差動入力端子、前記第1と第2の出力整合回路の出力端子を差動出力端子とする
ことを特徴とする利得可変増幅回路。 - 増幅器を備えた無線通信機器用の集積回路であって、
前記増幅器は、
前段の出力インピーダンスに対する所定の整合インピーダンスを発生する入力整合回路と、
前記入力整合回路を介して印加される入力電圧と基準電圧端子との間に発生する電圧に対して、コンダクタンスに比例する電流を出力するコンダクタ回路と、
前記コンダクタ回路に印加される入力電流を電圧信号に変換する機能を有し、前記電流−電圧の変換率を制御可能な少なくとも1つの可変負荷回路と、
前記可変負荷回路に接続され、次段の入力インピーダンスに対する所定の整合インピーダンスを発生する出力整合回路と、
前記可変負荷回路に接続され特定の周波数範囲で抵抗性の電力損失を発生させる安定化回路と
を具備して成り、
前記可変負荷回路は、3つのリアクタンス機能素子で構成されており、前記3つのリアクタンス機能素子の少なくとも1つはリアクタンス値の可変機能を有しており、
前記入力整合回路の入力端子を入力端子、前記出力整合回路の出力端子を出力端子とする
ことを特徴とする無線通信機器用の集積回路。 - 請求項19において、
無線通信機器用の集積回路は、RFチップ上に形成された受信経路と送信経路を備えて成り、
前記受信経路は、低雑音増幅回路、ミキサ、フィルタ、IF増幅器、復調器及び局部発振器を有しており、
前記送信経路は、変調器、IF増幅器、フィルタ、ミキサ、ドライバアンプ、及び局部発振器を有しており、
前記低雑音増幅回路及び前記ドライバアンプの少なくとも一方が、前記可変負荷回路を備えた増幅器であり、
該可変負荷回路を備えた増幅器の利得を、前記無線通信機器のベースバンド信号処理回路の信号振幅を元に制御する
ことを特徴とする無線通信機器用の集積回路。
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