JP2012195910A

JP2012195910A - 検波回路

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Publication number: JP2012195910A
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Inventors: Hiroyuki Nakamoto; 裕之中本
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Filing date: 2011-03-18
Publication date: 2012-10-11
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Abstract

【課題】電力値を高精度に検出する検波回路を提供する。
【解決手段】検波回路は，アノードに交流信号が入力されると共に定電圧が供給される第１のダイオードと，アノードに前記定電圧が供給される第２のダイオードと，第１のダイオードに流れる第１の電流と，第２のダイオードに流れる第２の電流との差電流を生成する差電流生成回路とを有する。
【選択図】図５

Description

本発明は，検波回路に関する。

検波回路は，高周波信号（RF信号）などの交流信号の電力を検出する回路であり，たとえば，携帯通信端末などに設けられるパワーアンプの出力電力を検出する回路として，使用されている。電力検波回路は，たとえば，ダイオードを用いて高周波信号の包絡線検波を行う。このような回路は，高周波信号をダイオードに印加し，ダイオードの閾値電圧を超えた電圧を整流して電流に変換し，整流された交流（AC）電流を抵抗と容量の回路で直流（DC）電圧に変換する。

しかし，通常のダイオードの閾値電圧は，温度の影響によって変化するので，単純にダイオードのみを用いて電力検波する場合には，電力検波回路の出力レベルが変動してしまう。

このようなダイオードの閾値電圧の変動の影響をなくした電力検波器が特許文献１に提案されている。この電力検波器は，入力された高周波信号を２つのダイオードのアノードに分配すると共に，それぞれのダイオードにバイアス回路からバイアス電流を供給し，ダイオードに並列に設けた負荷抵抗に直流電圧を発生させ，ダイオードに印加された高周波信号に応じて変化する電圧を，インダクタを介して差動アンプに入力する。差動アンプは，それぞれのダイオードに印加された高周波信号に応じて変化する２つの差電圧を出力する。

特許文献１に提案された検波回路は，高周波信号をあらかじめ決められた電力分配比で分配された２つの差電圧を演算するため，差動アンプの出力電圧が高周波信号の電力レベルとして検出され，温度変化によってダイオードの閾値電圧が変化しても，ダイオードの閾値電圧のばらつきは差電圧では相殺されるので，閾値電圧のばらつきの影響をなくすことができる。

特開２００５−１４２９５５号公報

しかしながら，上記の電力検波器は，差動アンプを使用している。差動アンプは，製造ばらつきによる電圧オフセットを有するので，差電圧の検出精度には限界がある。また，差動アンプの特性である出力コモンモードやゲインは，電源電圧の変化により変動しやすく，電源変動により差動アンプの出力電位が変動して検出精度の低下を招く。

そこで，本発明の目的は，検出精度を高めた検波回路を提供することにある。

検波回路の第１の側面は，アノードに交流信号が入力されると共に定電圧が供給される第１のダイオードと，
アノードに前記定電圧が供給される第２のダイオードと，
前記第１のダイオードに流れる第１の電流と，前記第２のダイオードに流れる第２の電流との差電流を生成する差電流生成回路とを有する。

第１の側面によれば，高精度に電力を検出することができる。

ダイオードを用いた電力検波回路の動作を示す図である。本実施の形態の電力検波回路の適用例を示す図である。第１の実施の形態における電力検波回路である。図３の電力検波回路の通常動作を説明する図である。第１の実施の形態における電力検波回路を示す詳細図である。誤差電流が発生している場合の電力検波回路の入出力特性のシミュレーション結果を示す図である。キャリブレーション制御回路１６による最適なカレントミラー比を探索する制御シーケンスを示す図である。第１の実施の形態における電力検波回路の変形例１を示す図である。第１の実施の形態における電力検波回路の変形例２を示す図である。第１の実施の形態における電力検波回路の変形例３を示す図である。第１の実施の形態における電力検波回路の変形例３を示す図である。第１の実施の形態における電力検波回路の変形例３を示す図である。第１の実施の形態における変形例４を示す図である。変形例４のキャリブレーション回路の動作を示すタイミングチャートである。第２の実施の形態における電力検波回路の図である。

図１は，ダイオードを用いた電力検波回路の動作を示す図である。この電力検波回路では，電力検波したい交流信号である高周波信号を入力端子RFINに供給し，高周波信号がダイオードD1の閾値電圧を超える電圧のときにダイオードD1が導通して電流が発生する。そして，その整流された電流が容量C1により平滑化され，抵抗R1によりDC電圧に変換される。高周波信号が図中aのように高い電力を有する場合は，出力端子の電圧VOUTは高くなり，図中bのように低い電力を有する場合は，出力端子の電圧VOUTは低くなる。これが，ダイオードD1と，抵抗R1及び容量C1とによる，包絡線検波回路である。

たとえば，電力検出したいパワーアンプの出力をダイオードD1のアノードにカップリングすることで，パワーアンプの出力電力を検出することができる。

ただし，前述の通り，ダイオードD1の閾値電圧は，温度により変動するので，この閾値電圧の変動により出力電圧が変動し，検出電力の精度が低下する。

図２は，本実施の形態の電力検波回路の適用例を示す図である。この適用例では，増幅器１０内のパワーアンプPAの出力OUTの電力が，電力検波回路１２により検出され，出力電圧VOUTとして出力される。電力検波回路１２は，後述する電力検波の回路と，そのキャリブレーションを行うキャリブレーション回路１４とを有する。キャリブレーション回路１４は，内蔵するキャリブレーション制御回路１６により電力検波回路のキャリブレーション動作を行う。

また，電力検波制御回路１８は，電源投入時や，パワーアンプPAが高周波信号を出力していない時などのキャリブレーションに適したタイミングのとき，リセットパルスResetのHレベルによりキャリブレーション回路１４をリセットし，リセットパルスResetのLレベルによるリセット解除後に，トリガ信号TriggerのHレベルでキャリブレーション動作を開始させる。クロックCLKは，キャリブレーション動作の同期クロックである。

次に，本実施の形態における電力検波回路について説明する。

［第１の実施の形態］
図３は，第１の実施の形態における電力検波回路である。図３の電力検波回路は，交流信号である高周波信号が入力端子RFINの入力容量CIを介して供給される第１のダイオードD1を有する入力回路２０と，第２のダイオードD2を有する基準回路２２とを有する。入力容量CIは，入力端子RFINに印加される高周波信号のDC成分をカットし，AC成分のみを第１のダイオードD1のアノードに印加する。すなわち，ノードn1には高周波信号のAC成分が印加されることになる。第１のダイオードD1は，ノードn１に印加されるAC成分を整流するダイオードであり，第２のダイオードD2は，ダイオードの閾値電圧の変動を補償する補償用ダイオードである。両ダイオードD1,D2は，PN接合などを有する一方向性素子である。

また，第１，第２のダイオードD1,D2のアノードの端子ｎ１，ｎ２には，電源電圧や一定のバイアス電圧であるDC電圧VBが第１，第２の抵抗RP,RRを介して印加される。第１の抵抗RPは，前述のAC成分が印加される端子ｎ１にDC電圧VBを供給するための抵抗である。第１の抵抗RPに対応して，基準回路２２にも第２の抵抗RRが設けられている。

そして，第１のダイオードD1のカソードには，容量C1と第３の抵抗R1とを含む平滑化回路が設けられている。この第３の抵抗R1は，抵抗値によって電流量を調整することも可能である。それに対応して，第２のダイオードD2のカソードにも，入力回路２０に接続した素子と等しい第４の抵抗R2と容量C2が設けられている。ただし，第２のダイオードD2にはAC成分が印加されないので，容量C2は必ずしも必要ないが，入力回路２０とのバランス上設けられている。

入力回路２０の抵抗R1には，交流信号である高周波信号のAC成分を整流し平滑化した電流I_ACと，DC電圧VBにより常時流れる電流I_DCとの和I_AC+I_DCが流れる。電流I_ACは，ダイオードD1で整流されC1,R1で平滑化された直流電流である。一方，基準回路２２の抵抗R2には，DC電圧VBにより常時電流I_DCが流れる。抵抗RP,RRと，抵抗R1,R2は，それぞれ等しい値に設計するため，両回路２０，２２の電流I_DCはほぼ等しくなる。

DC電圧VBの供給ノードには，デカップリング容量CCが設けられ，入力端子RFINに供給される高周波信号のAC成分が供給ノードに伝搬してDC電圧が変動しないようにされている。

さらに，電力検波回路は，入力回路２０が生成する電流I_AC+I_DCと基準回路２２が生成する電流I_DCとの差電流I_ACをノードｎ３に生成する差電流生成回路２４と，差電流I_ACの大きさを電圧に変換して出力端子OUTに出力する出力回路２６とを有する。出力回路２６は，出力抵抗ROを有する。

上記の差電流生成回路２４は，入力回路２０の電流I_AC+I_DCをノードｎ４にコピーする第１のカレントミラー回路CM1と，基準回路２２の電流I_DCをノードn３にコピーする第２のカレントミラー回路CM2と，ノードn４の電流I_AC+I_DCをノードn３側にコピーする第３のカレントミラー回路CM3とを有する。第１のカレントミラー回路CM1は，NチャネルMOS（NMOS）トランジスタN10と，そのNMOSトランジスタN10のドレインとゲートに，ゲートが共通に接続されドレインがノードn４に接続されたNMOSトランジスタN11，N12，N13とを有する。トランジスタN10と，トランジスタN11,N12,N13の組み合わせのトランジスタチャネル幅に応じたカレントミラー比で，電流がコピーされる。

第２のカレントミラー回路CM2は，基準回路２２に接続されたNMOSトランジスタN20と，そのNMOSトランジスタN20のドレインとゲートに，ゲートが接続されたトランジスタN21とを有する。このカレントミラー回路CM2でも,トランジスタN20,N21のトランジスタチャネル幅に応じたカレントミラー比で電流がコピーされる。第３のカレントミラー回路CM3は，電源電圧VDDに接続されたPチャネルMOS(PMOS)トランジスタP30,P31からなり，ノードn４の電流I_AC+I_DCをP30,P31のトランジスタチャネル幅に応じたカレントミラー比でトランジスタP31側にコピーする。

ノードn３に着目すると，PMOSトランジスタP31からはコピーされた電流I_AC+I_DCが供給され，NMOSトランジスタN21へはコピーされた電流I_DCが流れるため，その差電流I_ACが出力回路２６に流れる。出力回路２６は，差電流I_ACを出力抵抗ROで電圧に変換し，変換された電圧を出力端子OUTから出力する。

つまり，この電力検波回路は，整流用のダイオードD1と補償用のダイオードD2による検出信号の差を差動増幅器ではなく，差電流生成回路２４により生成している。この差電流生成回路２４は，カレントミラー回路を有し，差動増幅器を有していない。従って，差動増幅器のオフセット電圧や出力電位の変動の問題がない。

さらに，電力検波回路は，入力回路２０からコピーされる電流I_DCと，基準回路２２からコピーされる電流I_DCとがノードｎ３で等しくなるように校正するキャリブレーション回路１４を有する。すなわち，キャリブレーション回路１４は，ノードn３に生成される差電流が正しく電流I_ACのみになるように，両側からの電流I_DCが等しくなるようにいずれかのカレントミラー回路のカレントミラー比を校正する。

図３の電力検波回路において，出力回路２６とキャリブレーション回路１４とを，ノードｎ４側に設けても良い。その場合は，第３のカレントミラー回路CM3のトランジスタP31のドレインをトランジスタP30,P31のゲートに接続して，ノードｎ３側の電流I_DCをトランジスタP30側にコピーする必要がある。そして，ノードｎ４に，入力回路２０の電流I_AC+I_DCと基準回路２２の電流I_DCの差電流が生成される。

（１）通常動作時（入力端子RFINに交流信号である高周波信号が入力された時の動作）
まず，図３の電力検波回路の通常動作である電力検波の動作を説明する。図４は，図３の電力検波回路の通常動作を説明する図である。図４の横軸は時間t，縦軸は電圧Vであり，入力回路２０内のノードn1の印加電圧VB+RFINとダイオードD1の閾値電圧Vthとの関係が示されている。図中入力端子RFINに印加される高周波信号のAC成分がRFINで示されている。

第１のダイオードD1のアノードのノードn1には，第１の抵抗RPを介してDC電圧VBと，入力容量CIを介して入力RFINから供給される高周波信号のAC電圧（RFIN）とが印加される。つまり，電圧VB+RFINが印加される。この電圧がダイオードD1の閾値Vthを超えるときにダイオードがオンし，整流電流を生成する。そして，第１のダイオードD1により整流された電流は，容量C1と第３の抵抗R1とによってDC電流に変換される。これにより，ダイオードD1には，DC電圧VBにより定常的に流れる電流I_DCと，AC電圧に依存して流れる電流I_ACの和電流I_DC+I_ACが流れる。

一方，第２のダイオードD2のアノードのノードn2には，DC電圧VBが第２の抵抗RRを介して印加されているので，第１のダイオードD1に定常的に流れる電流I_DCと同じ電流I_DCが,第４の抵抗R2に流れる。

両抵抗R1,R2にそれぞれ流れる電流I_DC+I_AC，I_DCを，差電流検出回路２４内のNMOSトランジスタによる第１，第２のカレントミラー回路CM1,CM2によって各々カレントミラーし，さらに，PMOSトランジスタによる第３のカレントミラー回路CM3により，ノードn４の電流I_AC+I_DCを，トランジスタP31にカレントミラーする。そして，第３のカレントミラー回路CM3のトランジスタP31のドレインと，第２のカレントミラー回路CM2のトランジスタN21のドレインとを，ノードn３で接続することによって，それらの差電流I_ACがノードn３に生成される。この差電流I_ACが，出力回路２６内の出力抵抗ROに流れ，差電流量I_ACに比例した出力電位が出力端子OUTに生成される。

プロセス変動や温度変動によって第１，第２のダイオードD1の閾値電圧が変化すると，それらに流れる電流の絶対値が変化して，抵抗R1に流れる電流がI_AC＋I_DC＋ΔＩ，同様に抵抗R2に流れる電流がI_DC＋ΔＩに変化する。その場合でも，差電流生成回路２４に含まれるカレントミラー回路CM1,CM2,CM3によって差電流I_AC（＝I_AC＋I_DC＋ΔＩ−I_DC−ΔＩ）のみを出力抵抗ROに流すことができるので，閾値電圧の変動に起因する電流変化ΔIを相殺することができる。そして，差電流I_ACは，入力される高周波信号の電力に依存して変化するので，出力回路２６は，入力交流信号の電力に対して単調に増減する出力電位を出力端子OUTに生成することができる。

（２）誤差発生時（ダイオードD1,D2間の製造ばらつきやカレントミラー誤差が発生した時）
次に，ダイオードD1,D2の相対ばらつきや，カレントミラー回路の電流コピー誤差によって誤差電流またはオフセット電流が生じた場合の動作について説明する。このような誤差電流が発生すると，出力回路２６に入力される差電流I_ACに誤差電流が混入し，入力高周波信号の電力に対応した正確な電流I_ACを出力できなくなる。したがって，このような誤差電流をゼロにするキャリブレーション機能が必要になる。

図５は，第１の実施の形態における電力検波回路を示す詳細図である。図５を参照して，誤差電流発生時の動作を説明する。この誤差電流ΔＩは，入力端子RFINに交流信号が入力されていない入力ゼロの状態において，最終的な差電流を得るノードn3に流れる電流のうち，PMOSトランジスタP31に流れる電流がI_DC＋ΔＩ，NMOSトランジスタN21に流れる電流がI_DCになったモデルで説明できる。

すなわち，上記のモデルでは，ダイオードの相対誤差やカレントミラーのコピー誤差を全てまとめて誤差電流ΔIとして表現している。この時，ノードn３から出力抵抗ROには誤差電流ΔＩが流れる。ΔI＞０の場合，出力電位OUT=RO・ΔI となり，オフセット電圧を生じる。例えば，RO＝１０ｋΩ，ΔI＝１μＡの時，オフセット電位は１０ｍＶとなる。また，ΔI＜０の場合は，出力抵抗ROに流れる電流はゼロであるため，出力電位OUT＝０Ｖとなる。ただし，図５に示したキャリブレーション回路１４には，電流源Iを設けて，出力抵抗ROにはI±ΔIが流れるようにしている。この動作については後述する。

図６は，誤差電流が発生している場合の電力検波回路の入出力特性のシミュレーション結果を示す図である。上述した入力端子RFINの入力がゼロの状態を約-20dBmと仮定し，誤差電流ΔIによるオフセット電位として±１０ｍＶの誤差が生じている場合のシミュレーション結果である。誤差が発生している場合は，特に入力パワーRFINの小さい領域(例えば-１０dBm以下)において大きな影響を受け，誤差のない±０ｍＶの点線波形に対して実線の出力電位ＯＵＴは大きくずれている。したがって，図６中の矢印のようにキャリブレーションにより誤差をゼロにする必要がある。

（３）キャリブレーション動作（誤差を低減させる動作）
前述の通り，ダイオードの相対的なばらつきやカレントミラー誤差によって生じる誤差電流を低減させるために，本実施の形態の電力検波回路は，キャリブレーション回路を有する。図５のキャリブレーション回路は，定電流Iを出力抵抗ROに供給する電流源と，基準電位を発生する定電流I’及び抵抗RO’と，その差電圧の大小を比較する比較器２８と，比較器の結果によってスイッチング制御を行いカレントミラー回路CM1のカレントミラー比を調整するキャリブレーション制御部１６とを有する。

入力端子RFINへの交流信号の入力がゼロの状態では，キャリブレーション回路１４の比較器２８のプラス入力端子には，出力抵抗ROにノードn３からの誤差電流ΔＩと定電流Ｉの和電流が流れるため，電圧（I＋ΔI）・ROが印加される。また，比較器２８のマイナス入力端子には，基準電圧Ｉ’・RO’が印加される。抵抗RO＝RO’，定電流I＝I’となるように設定されているので，誤差電流ΔＩがゼロでない場合には，比較器のプラス入力端子の電圧は，電圧±ΔI・ROだけ基準電圧I・RO（＝I’・RO’）からずれている。したがって，比較器２８の出力をモニタすることによって，誤差電流ΔIの符号を検出することができる。すなわち，比較器出力＝Ｈｉｇｈの場合はΔＩ＞０，Ｌｏｗの場合はΔＩ＜０である。

キャリブレーション制御回路１６は，比較結果の符号に基づいてカレントミラー回路CM1のカレントミラー比を変更し，誤差電流ΔＩが０に近づく最適なミラー比に設定するための制御を行う。たとえば，キャリブレーション制御回路１６が，電源投入時に一度キャリブレーションを実施してカレントミラー回路CM1のカレントミラー比を設定し，その設定状態で電力検波回路が通常動作を行うことで，誤差電流の影響を抑制またはなくすことができる。さらに，このキャリブレーション動作は，図２のパワーアンプを搭載した通信端末が，時分割通信（ＴＤＤ）における通信を行っていないトランジッション・ギャップ（transition gap）等に代表される期間，すなわち高周波入力がゼロになる期間を利用して実施することも可能である。このようなキャリブレーションを実施すれば，電力検波の通常動作中の温度変化や電源電圧変化によって誤差電流ΔＩが電源投入時からずれてしまった場合でも，誤差電流ΔＩを０に近づけて最適な状態に戻すことができる。

図７は，キャリブレーション制御回路１６による最適なカレントミラー比を探索する制御シーケンスを示す図である。図５に示したとおり，キャリブレーション制御回路１６は，誤差電流ΔIの符号に対応する比較器２８の出力に基づいて，カレントミラー回路CM1のカレントミラー比調整用のNMOSトランジスタN12,N13,N14のゲートに設けられたスイッチSW0,SW1,SW2を制御するnビットの制御コードS16を生成する。

今，入力回路２０の抵抗R1に流れる電流のミラー電流，すなわちノードn3に対してPMOSトランジスタP31から流れる電流を整流電流，基準回路２２の抵抗R2に流れる電流のミラー電流，すなわちノードn3からNMOSトランジスタN21に流れる電流を基準電流と呼ぶ。

図７には，バイナリサーチによって適切なカレントミラー比を自動的に探索する制御例が示されている。図７(A)は，キャリブレーション制御回路１６のステートマシンを示している。図中のｊは，カレントミラー比の設定回数を示し，今ここで，制御コードS16のビット数をｎ＝３，キャリブレーション前の誤差電流の符号はΔＩ＞０とする。最初の設定ｊ＝１では，制御コードS16はデフォルトの設定，すなわちカレントミラー比調整用のトランジスタN14,N13,N12のスイッチSW2,SW1,SW0を図示されるようにオン，オフ，オフに制御するコードS16＝１００になっている。

このスイッチがオンとは，カレントミラー調整用のトランジスタのゲートをミラー元のトランジスタN11と共通に並列接続することを意味し，また，スイッチがオフとは，調整用トランジスタのゲートをグランドVSSにクリップすることを意味する。また，調整用トランジスタN14,N13,N12は，スイッチSW2によってｍ＝２^２個，SW1によってｍ＝２^１個，SW0によってｍ＝２^０個に制御されるように， ON／OFFする個数が２の補数で重み付けされている。したがって，３ビットの制御コードの自由な組み合わせで，調整用トランジスタの合計チャネル幅をｍ＝１〜７に可変することができる。

たとえば，制御コードS16が０００の場合は，全てのスイッチSW2,SW1,SW0がオフになり，ノードｎ４側のNMOSトランジスタの合計チャネル幅が小さくなり，ノードｎ４にコピーされる電流が小さくなる。逆に，制御コードS16が１１１の場合は，全てのスイッチSW2,SW1,SW0がオンになり，ノードｎ４側のNMOSトランジスタの合計チャネル幅が大きくなり，ノードｎ４にコピーされる電流が大きくなる。

図７(B)は，カレントミラー比と比較器２８の入力電位（I±ΔI）・RO，I’・RO’の関係を示す。初回の設定ｊ＝１では，カレントミラー比はSW2,SW1,SW0＝１００（＝４）の設定である（S1）。この設定では，オフセット電流ΔI＞０を前提としているので，比較器の入力電圧の関係は，（I＋ΔI）・RO＞I’・RO’である。したがって，比較器の比較結果はＨｉｇｈ（図７(B)の判定＋）である。

この比較結果によりΔＩ＞０が判明したので，それに基づいて，キャリブレーション制御回路１６は，誤差電流ΔＩを小さくするように制御コードS16の設定値を変える。つまり，誤差電流ΔＩを小さくするためには，PMOSトランジスタP31側の整流電流を減らすか，NMOSトランジスタN21側の基準電流を増やせばよい。図５の例ではカレントミラー回路CM1のカレントミラー比が制御されるので，整流電流を減らす制御になる。そのほうが低消費電流化できる。

図７(A)に示されるように，比較器の判定（S2）が＋の場合は，設定を「現在の設定-２^ｎ‐ｊ」にする。すなわち設定回数ｊ＝１の時は４−２^{（３−１）}＝０にするため，制御コードS16をSW2,SW1,SW0＝０００（＝０）に変更する（S3）。

変更後の設定回数ｊ＝２での設定コード０００（＝０）においては，カレントミラー調整用トランジスタN14,N13,N12が全てオフになり，図７(B)に示すように比較器２８のプラス入力電圧（I±ΔI）・ROは，マイナス入力電圧である基準電圧I’・RO’よりも低くなる。その結果，比較器の比較結果はLow（判定−）である。この結果から誤差電流の符号はΔI＜０となり，PMOSトランジスタP31側の整流電流を減らしすぎたことが判明する。そのため，キャリブレーション制御回路１６は，今度は誤差電流ΔIをもう少し増やすように，制御コードの設定値を０＋２^{（３−２）}＝２，すなわち制御コードS16をSW2,SW1,SW0＝０１０（＝２）に変更する（S3）。

変更後の設定回数ｊ＝３での設定コード０１０（＝２）において，同様の比較器の判定を行い，Low（判定−）を得る。まだΔI＜０であり，整流電流が小さいことがわかったため，キャリブレーション制御回路１６は，制御コードS16の設定値を２＋２^{（３−３）}＝３，すなわち制御コードをSW2,SW1,SW0＝０１１（＝３）に変更する（S3）。この時，設定回数ｊは制御コードのビット数n＝３となり(S4），キャリブレーション制御回路１６によるキャリブレーション制御は終了する。

以上のとおり，キャリブレーション動作によりカレントミラー比の設定値がデフォルトの１００（＝４）から０１１（＝３）へと変更され，ノードn４側のNMOSトランジスタの合計チャネル幅が小さく変えられ，誤差電流ΔIがゼロに近づくように変更される。その結果，PMOSトランジスタP31側の整流電流を，NMOSトランジスタN21側の基準電流により近づけるように制御することができる。その結果，電力検波回路の入出力特性を，図６に示すように理想的な特性（破線）に対してオフセットの小さい，より線形性がよい特性へと調整することができる。このようなバイナリサーチ制御は，制御ビット数nの回数だけ上位ビットから順に比較を行い，比較結果に基づいて下位ビットの設定を順に変更するため，小規模なロジック回路で実現できる。

なお，図５において，カレントミラー比を調整するためのNMOSトランジスタを，NMOSトランジスタN10側に並列に設けても良い。その場合は，NMOSトランジスタN10側のトランジスタの数を増やすと，ノードｎ４側にコピーされる電流が小さくなり，逆に減らすと電流が大きくなる。

［第１の実施の形態の変形例］
図８は，第１の実施の形態における電力検波回路の変形例１を示す図である。この変形例１では，カレントミラー回路CM2のカレントミラー比を調整する。そのために，カレントミラー回路CM2のNMOSトランジスタN21に並列に，調整用トランジスタN22,N23を設け，それらのゲートのスイッチSW0,SW1をキャリブレーション回路１４内の制御回路の制御コードS16によりオン，オフ制御する。これにより，トランジスタN21側の基準電流の大きさが調節される。キャリブレーション方法は，前述と同じである。なお，調整用トランジスタN22,N23は，図５と同様に２の累乗のチャネル幅に設定されていることが望ましい。また，調整用トランジスタは，図５と同様に３個であってもよい。さらに，調整用トランジスタは，トランジスタN20に並列に設けても良い。

図９は，第１の実施の形態における電力検波回路の変形例２を示す図である。この変形例２では，整流電流と基準電流の両方を調節する。すなわち，カレントミラー回路CM1のカレントミラー比を調節して整流電流を調節し，カレントミラー回路CM2のカレントミラー比を調節して基準電流を調節する。両方を調節することでカレントミラー比の調整分解能を高めより細かく制御することができ，誤差電流の低減精度を高めることができる。

変形例２のキャリブレーション方法では，整流電流側のカレントミラー回路CM1のカレントミラー比を調節した後に，基準電流側のカレントミラー回路CM2のカレントミラー比を調整するなど，各カレントミラー比の調整を独立して行う。つまり，キャリブレーション回路１４は，制御コードS16-1を最初に設定し，その後制御コードS16-2を設定する。

また，たとえば，カレントミラー回路CM1側の調整用トランジスタN12,N13のトランジスタチャネル幅を，カレントミラー回路CM2側の調整用トランジスタN22,N23より大きく，たとえば２倍にする。その場合，整流電流側のカレントミラー比で誤差電流を粗調整し，基準電流側のカレントミラー比で誤差電流を微調整することができるため，誤差電流の低減精度，及び誤差補正が可能な範囲を高められる。図１０，図１１，図１２は，第１の実施の形態における電力検波回路の変形例３を示す図である。図３，図８，図９では，NMOSトランジスタの合計チャネル幅を調整してカレントミラー回路CM1,CM2のカレントミラー比を調整したのに対して，図１０，図１１，図１２では，PMOSトランジスタの合計チャネル幅を調整してカレントミラー回路CM3のカレントミラー比を調整する。

図１０では，トランジスタP30に調整用トランジスタP32,P33を並列に設け，それらのスイッチを制御コードで制御する。図１１では，トランジスタP31に調整用トランジスタP34,P35を並列に設け，それらのスイッチを制御コードで制御する。そして，図１２では，トランジスタP30,P31の両方に調整用トランジスタP32,P33,P34,P35を設け，それらのスイッチを制御コードで別々に制御する。

一般的に，カレントミラー回路のトランジスタのチャネル幅は，NMOSトランジスタよりもPMOSトランジスタを大きく設定することが多い。PMOSトランジスタの方が単位トランジスタチャネル幅に対してトランジスタ個数を多く設計できるため，カレントミラー比の設定，比率をより柔軟に，細かく設定することが容易になり，調整分解能が上がり，より高精度に誤差電流を低減することができる可能性がある。

図１３は，第１の実施の形態における変形例４を示す図である。図５では，キャリブレーション回路１４は，出力抵抗R0側の電圧と基準抵抗RO’側の電圧とを比較する比較器２８を有していたが，図１３の変形例４では，キャリブレーション回路１４内の比較器が，インバータ30を有し，基準電圧を生成する抵抗RO’側の回路はない。

すなわち，キャリブレーション回路１４は，基準電流源IとスイッチSW3，SW4，SW5，容量C3，及びインバータ30を有している。スイッチSW3は既知の周波数を有するシステムクロックCLKに同期してオン，オフが制御され，オンの期間中に基準電流Iを容量C3に流す。

図１４は，変形例４のキャリブレーション回路の動作を示すタイミングチャートである。最初に，スイッチSW4，SW5をオフにして，スイッチSW3を例えば４クロック周期だけオンにする。それにより，基準電流Iが，誤差電流ΔIとは無関係に全て容量C3に流れる。容量C3の片側端子の電位をV1とおくと，以下の式（１）になる。
V1 ＝ I・ｔ／C3 （１）
つまり，電圧V1は既知の電流I，時間（クロックCLKの４周期）ｔ，容量値C3により一定値に定まる。この電位V1を予めインバータ30の閾値と同じ電位になるように設定しておく。

例えば，インバータ30の閾値が１．６Vであり，システムクロックCLKが２５ＭＨzであれば，I＝１０μA，スイッチSW3を４クロック周期の間オンさせ，ｔ＝１６０ｎｓ，Ｃ３＝１ｐＦに設定すれば，電圧V1は，V1＝１．６Ｖに設定できる。

その後，スイッチSW3をオフにし，スイッチSW5をオンにすると，誤差電流ΔIの電流に相当する電荷が容量C3に充電，または容量C3から放電される。そのため，インバータ30の閾値に設定されていた電位V1が変化し，インバータ30の出力は,ΔＩ＞０の場合はＬｏｗに，ΔＩ＜０の場合はＨｉｇｈに変化する。このように，インバータ30は，比較器２８と同等の比較機能を有する。すなわち，図５のキャリブレーション回路の基準電位I’・RO’を設けなくても，インバータ30の出力をモニタすることによって誤差電流ΔIの符号がわかるため，図５よりも小規模な回路にできる。

最適なカレントミラー比の設定値の探索方法については，図５と同様である。キャリブレーションション動作終了後は，スイッチSW4，SW5をオンにし，スイッチSW3をオフにして，通常動作モードになる。これらのスイッチSW3〜SW5の一連の制御は，SW0〜SW2のカレントミラー比の制御と同様に，キャリブレーション制御回路１６が行う。

[第２の実施の形態]
図１５は，第２の実施の形態における電力検波回路の図である。この電力検波回路は，第１の実施の形態と同様に，入力回路２０と基準回路２２とを設け，両ダイオードD1,D2に生成される電流の差I_ACを，差電流生成回路２４でノードn３に生成し，その差電流I_ACを出力抵抗ROに流して，その電圧を出力端子OUTから出力する。

一方，この電力検波回路は，キャリブレーション回路１４が誤差電流ΔIの符号を監視しながら，基準回路２２内の定電圧VBを供給する第２の抵抗RRの抵抗値を調整する。または，第２の抵抗RRに加えて，第４の抵抗R2も調整してもよい。または，第２の抵抗RRに代えて，第４の抵抗R2だけを調整するようにしてもよい。いずれの調整でも，第４の抵抗R2に流れる基準電流を可変調整することができるため，基準電流の調節により誤差電流ΔIの調節が可能になる。

第２の実施の形態では，可変抵抗RRの抵抗値を調整する。この場合は，微小抵抗の数をスイッチで選択する回路にすることで容易に可変抵抗が実現できるので，抵抗値の調整，すなわち，基準電流の微調整をより細かく行うことができ，誤差電流を高精度にゼロに近づけることができる。

さらに，第１の実施の形態で示したカレントミラー回路内の複数個の調整用のトランジスタとそのスイッチ群が必要なくなるため，回路規模を小さくすることができる。

第２の実施の形態における電力検波の方法は，第１の実施の形態と同じである。また，キャリブレーション方法も，第１の実施の形態と同様に，交流信号である高周波信号の入力を停止した状態で，ノードn３に発生する誤差電流ΔIの符号を監視しながら，最適な抵抗値を第２の抵抗RRに設定する。

以上説明したとおり，本実施の形態の電力検波回路によれば，２つのダイオードD1,D2により生成される電流の差を，差電流生成回路２４により生成し，その差電流から入力信号の電力値を検出することができる。よって，従来例のように差動アンプを使用した場合のオフセット電圧や，電源電圧が変動することによる出力変動の問題がなく，高精度に電力値を検出できる。

また，本実施の形態の電力検波回路によれば，ダイオードからグランドへ直接のパスが無いため，消費電流を低減することができる。

以上の実施の形態をまとめると，次の付記のとおりである。

（付記１）
アノードに交流信号が入力されると共に定電圧が供給される第１のダイオードと，
アノードに前記定電圧が供給される第２のダイオードと，
前記第１のダイオードに流れる第１の電流と，前記第２のダイオードに流れる第２の電流との差電流を生成する差電流生成回路とを有する検波回路。

（付記２）
付記１において，
前記差電流生成回路は，
前記第１のダイオードのカソード側に設けられ前記第１の電流と第１のカレントミラー比の電流値を有する第３の電流を生成する第１のカレントミラー回路と，
前記第２のダイオードのカソード側に設けられ前記第２の電流と第２のカレントミラー比の電流値を有する第４の電流を生成する第２のカレントミラー回路と，
前記第３の電流と第３のカレントミラー比の電流値を有する第５の電流，または，前記第４の電流と前記第３のカレントミラー比の電流値を有する第６の電流を生成する第３のカレントミラー回路と，
前記第５の電流の経路と前記第４の電流の経路とが接続される接続ノードまたは前記第６の電流の経路と前記第３の電流の経路とが接続される接続ノードとを有し，
前記接続ノードに前記差電流が生成される検波回路。

（付記３）
付記２において，
さらに，前記交流信号の入力を停止した状態で，前記差電流が減少する様に，前記第１，第２，第３のカレントミラー比のうち少なくとも一つを可変設定するキャリブレーション回路を有する検波回路。

（付記４）
付記１または２において，
前記定電圧が第１の抵抗を介して前記第１のダイオードのアノードに印加され，第２の抵抗を介して前記第２のダイオードのアノードに印加され，
さらに，前記高周波信号の入力を停止した状態で，前記差電流が減少する様に，前記第２の抵抗の抵抗値を可変設定するキャリブレーション回路を有する検波回路。

（付記５）
付記３または４において，
前記キャリブレーション回路は，前記差電流の符号を検出する比較器と，前記比較器の比較結果に応じて，前記可変設定をするキャリブレーション制御回路とを有する検波回路。

（付記６）
付記５において，
前記キャリブレーション回路は，キャリブレーション用電流が第１のスイッチを介して供給されるキャリブレーション容量と，前記接続ノードと前記キャリブレーション容量との間に設けられた第２のスイッチと，前記接続ノードの電圧を入力するインバータと，前記第１のスイッチがオンされて前記キャリブレーション容量が前記インバータの閾値電圧まで充電された後に前記第１のスイッチがオフされ前記第２のスイッチがオンされて前記差電流が前記キャリブレーション容量に供給された時の前記インバータの出力に応じて，前記可変設定をするキャリブレーション制御回路とを有する検波回路。

（付記７）
付記３において，
前記第１，第２，第３のカレントミラー回路は，ゲートが共通に接続された１対のトランジスタをそれぞれ有し，前記１対のトランジスタのチャネル幅比を可変設定することで前記第１，第２，第３のカレントミラー比の可変設定が行われる検波回路。

（付記８）
付記２において，
前記第１のダイオードのカソードと前記第１のカレントミラー回路との間に設けられた第１の平滑化回路と，
前記第２のダイオードのカソードと前記第２のカレントミラー回路との間に設けられた第２の平滑化回路とを有する検波回路。

（付記９）
付記８において，
前記第１の平滑化回路は，前記第１のダイオードのカソードに接続された第１の平滑化キャパシタと，前記第１のダイオードのカソードと前記第１のカレントミラー回路との間に設けられた第３の抵抗とを有し，
前記第２の平滑化回路は，前記第２のダイオードのカソードに接続された第２の平滑化キャパシタと，前記第２のダイオードのカソードと前記第２のカレントミラー回路との間に設けられた第４の抵抗とを有する検波回路。

（付記１０）
付記１乃至９のいずれか一つにおいて
前記差電流の大きさを出力する出力回路を有する検波回路。

（付記１１）
付記５において，
前記差電流の大きさを出力する出力回路を有し，
前記出力回路は，前記接続ノードとグランドとの間に設けられた出力抵抗と，前記出力抵抗の電圧を出力する出力端子とを有し，
前記キャリブレーション回路は，前記出力ノードに供給される第１の電流源と，前記第１の電流源と出力抵抗の第１の直列回路に並列に設けられた第２の電流源と基準抵抗の第２の直列回路と，前記出力抵抗と基準抵抗の電圧を比較する比較器と，前記比較器の比較結果に応じて，前記可変設定をするキャリブレーション制御回路とを有する検波回路。

（付記１２）
付記１０または１１において，
前記出力回路は，前記接続ノードとグランドとの間に設けられた出力抵抗と，前記出力抵抗の電圧を出力する出力端子とを有する検波回路。

（付記１３）
入力信号に対応する電圧に，バイアス電圧に基づく第１の電圧を加えた電圧を整流する第１の整流回路と，
前記第１の整流回路により整流される電流を検出する第１の電流検出回路と，
前記バイアス電圧に基づく第２の電圧を整流する第２の整流回路と，
前記第２の整流回路により整流される電流を検出する第２の電流検出回路と，
前記第１の電流検出回路で検出される電流と前記第２の電流検出回路で検出される電流との差分を検出する電流差分検出回路と
を有する検波回路。

（付記１４）
付記１３において
前記第１の電流検出回路，前記第２の電流検出回路及び前記電流差分検出回路は，各々カレントミラー回路を有し，
前記各々のカレントミラー回路の少なくとも何れか一つは，ミラー比が調整可能である検波回路。

（付記１５）
付記１３または１４において
さらに，前記第１の整流回路と前記バイアス電圧を発生する電源との間に接続される第１の抵抗と，
前記第２の整流回路と前記電源との間に接続される第２の抵抗とを有し，
前記第２の抵抗は可変抵抗である検波回路。

（付記１６）
付記１４において
さらに，前記差分に応じて制御信号を出力する制御回路を有し，
前記制御回路は，前記入力信号が無信号時に，前記差分が減少するように，前記カレントミラー回路の前記ミラー比を調整する検波回路。

（付記１７）
付記１５において
さらに，前記差分に応じて制御信号を出力する制御回路を有し，
前記制御回路は，前記入力信号が無信号時に，前記差分が減少するように，前記第２の抵抗の抵抗値を調整する検波回路。

（付記１８）
付記１３乃至１７のいずれか一つにおいて
さらに，前記差分を電圧に変換する電流電圧変換回路を有する検波回路。

（付記１９）
付記１８において
前記制御回路は，前記電流電圧変換回路と前記電源との間に接続される第１の定電流源と，
前記電源に一方の端子が接続される第２の定電流源と，
前記電流電圧変換回路と前記第１の定電流源の接続ノードの電圧及び前記第２の定電流源の他方の端子の電圧を比較する比較器とを有し，
前記制御回路は，前記比較器の出力結果に応じて前記制御信号を出力する検波回路。

D1:第１のダイオード D2:第２のダイオード
RFIN:入力端子 VB:DC電圧，定電圧，バイアス電圧，電源電圧
R1,C1:平滑化回路 R2,C2：平滑化回路
２４：差電流生成回路 CM1,CM2,CM3：カレントミラー回路
２６：出力回路１４：キャリブレーション回路

Claims

アノードに交流信号が入力されると共に定電圧が供給される第１のダイオードと，
アノードに前記定電圧が供給される第２のダイオードと，
前記第１のダイオードに流れる第１の電流と，前記第２のダイオードに流れる第２の電流との差電流を生成する差電流生成回路とを有する検波回路。
請求項１において，
前記差電流生成回路は，
前記第１のダイオードのカソード側に設けられ前記第１の電流と第１のカレントミラー比の電流値を有する第３の電流を生成する第１のカレントミラー回路と，
前記第２のダイオードのカソード側に設けられ前記第２の電流と第２のカレントミラー比の電流値を有する第４の電流を生成する第２のカレントミラー回路と，
前記第３の電流と第３のカレントミラー比の電流値を有する第５の電流，または，前記第４の電流と前記第３のカレントミラー比の電流値を有する第６の電流を生成する第３のカレントミラー回路と，
前記第５の電流の経路と前記第４の電流の経路とが接続される接続ノードまたは前記第６の電流の経路と前記第３の電流の経路とが接続される接続ノードとを有し，
前記接続ノードに前記差電流が生成される検波回路。
請求項２において，
さらに，前記交流信号の入力を停止した状態で，前記差電流が減少する様に，前記第１，第２，第３のカレントミラー比のうち少なくとも一つを可変設定するキャリブレーション回路を有する検波回路。
請求項１または２において，
前記定電圧が第１の抵抗を介して前記第１のダイオードのアノードに印加され，第２の抵抗を介して前記第２のダイオードのアノードに印加され，
さらに，前記高周波信号の入力を停止した状態で，前記差電流が減少する様に，前記第２の抵抗の抵抗値を可変設定するキャリブレーション回路を有する検波回路。
請求項３または４において，
前記キャリブレーション回路は，前記差電流の符号を検出する比較器と，前記比較器の比較結果に応じて，前記可変設定をするキャリブレーション制御回路とを有する検波回路。
請求項５において，
前記キャリブレーション回路は，キャリブレーション用電流が第１のスイッチを介して供給されるキャリブレーション容量と，前記接続ノードと前記キャリブレーション容量との間に設けられた第２のスイッチと，前記接続ノードの電圧を入力するインバータと，前記第１のスイッチがオンされて前記キャリブレーション容量が前記インバータの閾値電圧まで充電された後に前記第１のスイッチがオフされ前記第２のスイッチがオンされて前記差電流が前記キャリブレーション容量に供給された時の前記インバータの出力に応じて，前記可変設定をするキャリブレーション制御回路とを有する検波回路。
請求項２において，
前記第１のダイオードのカソードと前記第１のカレントミラー回路との間に設けられた第１の平滑化回路と，
前記第２のダイオードのカソードと前記第２のカレントミラー回路との間に設けられた第２の平滑化回路とを有する検波回路。
請求項７において，
前記第１の平滑化回路は，前記第１のダイオードのカソードに接続された第１の平滑化キャパシタと，前記第１のダイオードのカソードと前記第１のカレントミラー回路との間に設けられた第３の抵抗とを有し，
前記第２の平滑化回路は，前記第２のダイオードのカソードに接続された第２の平滑化キャパシタと，前記第２のダイオードのカソードと前記第２のカレントミラー回路との間に設けられた第４の抵抗とを有する検波回路。
請求項１乃至８のいずれか一つにおいて
さらに，前記差電流の大きさを出力する出力回路を有する検波回路。
請求項５において，
前記差電流の大きさを出力する出力回路を有し，
前記出力回路は，前記接続ノードとグランドとの間に設けられた出力抵抗と，前記出力抵抗の電圧を出力する出力端子とを有し，
前記キャリブレーション回路は，前記出力ノードに供給される第１の電流源と，前記第１の電流源と出力抵抗の第１の直列回路に並列に設けられた第２の電流源と基準抵抗の第２の直列回路と，前記出力抵抗と基準抵抗の電圧を比較する比較器と，前記比較器の比較結果に応じて，前記可変設定をするキャリブレーション制御回路とを有する検波回路。