JP2013038608A - Bias circuit and amplification circuit - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a bias circuit and an amplification circuit that can operate in a wide voltage range down to a low voltage and can set a temperature coefficient of a bias current.SOLUTION: The bias circuit provided includes a current generation circuit and a voltage generation circuit. The current generation circuit generates a first current on the basis of a voltage difference between forward voltages of two PN junctions different in junction area, and generates a second current having a temperature coefficient different in polarity from that of the first current on the basis of the forward voltage of the PN junction smaller in junction area of the two PN junctions. The voltage generation circuit generates a reference voltage from a current combining the first current and the second current.

Description

本発明の実施形態は、バイアス回路及び増幅回路に関する。   Embodiments described herein relate generally to a bias circuit and an amplifier circuit.

バイアス回路は、増幅回路などの電子回路にバイアス電流やバイアス電圧を供給する回路であり、例えば、低雑音増幅回路(LNA)においては、電源電圧や温度に依存しない安定なバイアスを供給することが要求される。また、電子機器の低電圧化に伴い、増幅回路やバイアス回路についても、従来の使用電圧よりも低い電源電圧で動作することが要求されている。   The bias circuit is a circuit that supplies a bias current and a bias voltage to an electronic circuit such as an amplifier circuit. For example, in a low noise amplifier circuit (LNA), a stable bias that does not depend on a power supply voltage or temperature can be supplied. Required. In addition, with the reduction in the voltage of electronic devices, the amplifier circuit and the bias circuit are also required to operate with a power supply voltage lower than the conventional operating voltage.

特開2001−274636号公報JP 2001-274636 A

本発明の実施形態は、低電圧までの広い電圧範囲で動作可能で、バイアス電流の温度係数を設定可能なバイアス回路及び増幅回路を提供する。   Embodiments of the present invention provide a bias circuit and an amplifier circuit that can operate in a wide voltage range up to a low voltage and can set a temperature coefficient of a bias current.

実施形態によれば、電流生成回路と、電圧生成回路と、を備えたことを特徴とするバイアス回路が提供される。前記電流生成回路は、接合部の面積の異なる2つのPN接合の順方向電圧の電圧差に基づいて第1の電流を生成し、前記2つのPN接合の接合部の面積の小さいPN接合の順方向電圧に基づいて前記第1の電流の温度係数と異なる極性の温度係数を有する第2の電流を生成する。前記電圧生成回路は、前記第1の電流と前記第2の電流とを合成した電流から基準電圧を生成する。   According to the embodiment, there is provided a bias circuit including a current generation circuit and a voltage generation circuit. The current generation circuit generates a first current based on a voltage difference between the forward voltages of two PN junctions having different junction areas, and the PN junction in the order of PN junctions having a smaller area of the junction of the two PN junctions. Based on the directional voltage, a second current having a temperature coefficient having a polarity different from that of the first current is generated. The voltage generation circuit generates a reference voltage from a current obtained by combining the first current and the second current.

第1の実施形態に係るバイアス回路を含む増幅回路の構成を例示する回路図。FIG. 3 is a circuit diagram illustrating the configuration of an amplifier circuit including a bias circuit according to the first embodiment. 第2の実施形態に係るバイアス回路を含む増幅回路の構成を例示する回路図。FIG. 6 is a circuit diagram illustrating the configuration of an amplifier circuit including a bias circuit according to a second embodiment. 第3の実施形態に係るバイアス回路を含む増幅回路の構成を例示する回路図。FIG. 6 is a circuit diagram illustrating the configuration of an amplifier circuit including a bias circuit according to a third embodiment. 第4の実施形態に係るバイアス回路を含む増幅回路の構成を例示する回路図。FIG. 10 is a circuit diagram illustrating the configuration of an amplifier circuit including a bias circuit according to a fourth embodiment. 第5の実施形態に係るバイアス回路を含む増幅回路の構成を例示する回路図。FIG. 9 is a circuit diagram illustrating the configuration of an amplifier circuit including a bias circuit according to a fifth embodiment.

以下、実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。   Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings. Note that, in the present specification and each drawing, the same elements as those described above with reference to the previous drawings are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted as appropriate.

まず、第1の実施形態について説明する。
図1は、第1の実施形態に係るバイアス回路を含む増幅回路の構成を例示する回路図である。
バイアス回路(破線1で囲んだ部分)は、電流を生成する電流生成回路(破線2で囲んだ部分)、基準電圧を生成する基準電圧生成回路(破線3で囲んだ部分)、及び基準電圧を出力するバッファ回路(破線4で囲んだ部分)を備えている。また、増幅回路5は、バイアス回路1と、バイアス回路1から基準電圧Vbias0を供給され、高周波信号RFinを増幅する増幅素子(破線6で囲んだ部分)とを備えている。なお、図1においては、増幅素子6がHBT(ヘテロ接合バイポーラトランジスタ)Q4を有する構成を例示している。
First, the first embodiment will be described.
FIG. 1 is a circuit diagram illustrating the configuration of an amplifier circuit including a bias circuit according to the first embodiment.
A bias circuit (portion surrounded by a broken line 1) includes a current generating circuit (portion surrounded by a broken line 2) that generates a current, a reference voltage generating circuit (portion surrounded by a broken line 3) that generates a reference voltage, and a reference voltage. An output buffer circuit (a portion surrounded by a broken line 4) is provided. The amplifier circuit 5 includes a bias circuit 1 and an amplifier element (a portion surrounded by a broken line 6) that is supplied with the reference voltage Vbias0 from the bias circuit 1 and amplifies the high-frequency signal RFin. FIG. 1 illustrates a configuration in which the amplifying element 6 includes an HBT (heterojunction bipolar transistor) Q4.

電流生成回路2は、接合部の面積の異なる2つのPN接合の順方向電圧の電圧差に基づいて第1の電流Iを生成し、接合部の面積の小さいPN接合の順方向電圧に基づいて第2の電流Iを生成する。なお、第1の電流と第2の電流とは、温度係数の極性が異なる。第1のNPNトランジスタQ1のベース・エミッタ間は、相対的に接合部の面積の大きいPN接合として用いられ、第1のNPNトランジスタQ1よりもエミッタ面積の小さい第2のNPNトランジスタQ2のベース・エミッタ間は、相対的に接合部の面積の大きいPN接合として用いられる。 The current generation circuit 2 generates the first current IE based on the voltage difference between the forward voltages of two PN junctions having different junction areas, and based on the forward voltage of the PN junction having a small junction area. generating a second current I R Te. Note that the polarity of the temperature coefficient is different between the first current and the second current. The base-emitter between the base and emitter of the first NPN transistor Q1 is used as a PN junction having a relatively large area of the junction, and the base-emitter of the second NPN transistor Q2 having a smaller emitter area than the first NPN transistor Q1. The gap is used as a PN junction having a relatively large area of the junction.

第1のNPNトランジスタQ1のベースは、第1のNPNトランジスタQ1のコレクタに接続され、第1のNPNトランジスタQ1は、ダイオード接続されている。また、第1のNPNトランジスタQ1のエミッタは接地される。また、第2のNPNトランジスタQ2のベースは、第2のNPNトランジスタQ2のコレクタに接続され、第2のNPNトランジスタQ2は、ダイオード接続されている。第2のNPNトランジスタQ2のエミッタは接地される。   The base of the first NPN transistor Q1 is connected to the collector of the first NPN transistor Q1, and the first NPN transistor Q1 is diode-connected. The emitter of the first NPN transistor Q1 is grounded. The base of the second NPN transistor Q2 is connected to the collector of the second NPN transistor Q2, and the second NPN transistor Q2 is diode-connected. The emitter of the second NPN transistor Q2 is grounded.

第1のNPNトランジスタQ1のベース及びコレクタは、第1の抵抗R2の一端に接続される。第1の抵抗R2の他端は、Pチャンネル形MOSFET(以下、PMOS)M3のドレインに接続される。PMOS M3のソースは、電源Vccに接続される。また、第2のNPNトランジスタQ2のベース及びコレクタは、PMOS M4のドレインに接続され、PMOS M4のソースは、電源Vccに接続される。   The base and collector of the first NPN transistor Q1 are connected to one end of the first resistor R2. The other end of the first resistor R2 is connected to the drain of a P-channel MOSFET (hereinafter referred to as PMOS) M3. The source of the PMOS M3 is connected to the power supply Vcc. The base and collector of the second NPN transistor Q2 are connected to the drain of the PMOS M4, and the source of the PMOS M4 is connected to the power supply Vcc.

第2のNPNトランジスタQ2のベースとエミッタに、第2の抵抗R3が、並列に接続されている。直列に接続された第1のNPNトランジスタQ1と第1の抵抗R2に、第3の抵抗R4が、並列に接続されている。すなわち、第1のNPNトランジスタQ1のエミッタと第1の抵抗R2の他端に、第3の抵抗R4が接続される。第2の抵抗R3と第3の抵抗R4は、同種類の抵抗であり、同一の温度係数を有し、抵抗値が等しく設定されている。また、第1の抵抗R2は、第2の抵抗R3及び第3の抵抗R4と同種類の抵抗であり、同一の温度係数を有する。   A second resistor R3 is connected in parallel to the base and emitter of the second NPN transistor Q2. A third resistor R4 is connected in parallel to the first NPN transistor Q1 and the first resistor R2 connected in series. That is, the third resistor R4 is connected to the emitter of the first NPN transistor Q1 and the other end of the first resistor R2. The second resistor R3 and the third resistor R4 are the same type of resistors, have the same temperature coefficient, and have the same resistance value. The first resistor R2 is the same type of resistor as the second resistor R3 and the third resistor R4, and has the same temperature coefficient.

また、第1の演算増幅回路EA1の反転入力端子(−)には、第2のNPNトランジスタQ2のベース・エミッタ間の順方向電圧Vが、入力される。第1の演算増幅回路EA1の非反転入力端子(+)には、第1の抵抗R2の両端の電圧と第1のNPNトランジスタQ1のベース・エミッタ間の順方向電圧との合成電圧Vが、入力される。第1の演算増幅回路EA1の出力は、PMOS M3、M4のゲートに接続されている。 The inverting input terminal of the first operational amplifier EA1 (-), the forward voltage V 2 between the base and emitter of the second NPN transistor Q2 is inputted. The non-inverting input terminal of the first operational amplifier EA1 (+), the composite voltage V 1 of the forward voltage between the base-emitter voltage across the first resistor R2 and the first NPN transistor Q1 Is entered. The output of the first operational amplifier circuit EA1 is connected to the gates of PMOS M3 and M4.

電圧生成回路3は、第1の電流Iと第2の電流Iとを合成した電流I1から基準電圧Vを生成する。電圧生成回路3は、電流生成回路2におけるPMOS M3、M4とカレントミラー構成のPMOS M5と、増幅素子6のHBT Q4と同種類の基準トランジスタQ3とで構成される。PMOS M5のソースは、電源Vccに接続され、ゲートは電流生成回路2の第1の演算増幅回路EA1の出力に接続され、ドレインは、基準トランジスタQ3のベースに接続されている。基準トランジスタQ3は、ベースとコレクタとが接続され、エミッタは接地されている基準トランジスタQ3のベース電位は、基準電圧Vとして、バッファ回路4に出力される。 Voltage generating circuit 3 generates a reference voltage V 3 from the current I1 obtained by combining the first current I E and the second current I R. The voltage generation circuit 3 includes PMOSs M3 and M4 in the current generation circuit 2, a PMOS M5 having a current mirror configuration, and a reference transistor Q3 of the same type as the HBT Q4 of the amplification element 6. The source of the PMOS M5 is connected to the power supply Vcc, the gate is connected to the output of the first operational amplifier circuit EA1 of the current generation circuit 2, and the drain is connected to the base of the reference transistor Q3. Reference transistor Q3 has a base and a collector connected, the emitter base potential of the reference transistor Q3 is grounded, as the reference voltage V 3, is output to the buffer circuit 4.

バッファ回路4は、基準電圧Vと等しい基準電圧Vbias0を出力する。バッファ回路4は、第2の演算増幅回路EA2とPMOS MPoと抵抗R6とで電流出力タイプのボルテージ・フォロア回路を構成している。第2の演算増幅回路EA2の反転入力端子(−)には、電圧生成回路3で生成された基準電圧Vが入力される。非反転入力端子(+)には、PMOS MPoのドレインの電圧が帰還される。また、PMOS MPoのゲートは、第1の演算増幅回路EA1の出力に接続され、ソースは、電源Vccに接続されている。 Buffer circuit 4 outputs a reference voltage Vbias0 equal to the reference voltage V 3. In the buffer circuit 4, the second operational amplifier circuit EA2, the PMOS MPo, and the resistor R6 constitute a current output type voltage follower circuit. Inverting input terminal of the second operational amplifier EA2 (-), the reference voltage V 3 generated by the voltage generating circuit 3 is input. The voltage at the drain of the PMOS MPo is fed back to the non-inverting input terminal (+). The gate of the PMOS MPo is connected to the output of the first operational amplifier circuit EA1, and the source is connected to the power supply Vcc.

PMOS MPoのドレインの電圧は、抵抗R6を介して、第2の演算増幅回路EA2に負帰還される。この結果、PMOS MPoのドレインは、バッファ回路4の出力として、基準電圧Vと等しい基準電圧Vbias0を出力する。なお、抵抗R6は、第1の演算増幅回路EA2の入力保護素子としてPMOS MPoのドレインと第1の演算増幅回路EA1の入力間に挿入されている。 The voltage at the drain of the PMOS MPo is negatively fed back to the second operational amplifier circuit EA2 via the resistor R6. As a result, the drain of the PMOS MPo as the output of the buffer circuit 4 outputs a reference voltage Vbias0 equal to the reference voltage V 3. The resistor R6 is inserted between the drain of the PMOS MPo and the input of the first operational amplifier circuit EA1 as an input protection element of the first operational amplifier circuit EA2.

次に、バイアス回路1の動作について説明する。
バイアス回路1は、電流生成回路2において第1の電流Iと第2の電流Iとを生成し、電圧生成回路3において、第1の電流Iと第2の電流Iとを合成した電流I1から基準電圧Vを生成する。さらにバッファ回路4から、基準電圧Vbias0として出力する。
Next, the operation of the bias circuit 1 will be described.
The bias circuit 1 generates a first current I E and the second current I R in the current generating circuit 2, the voltage generating circuit 3, synthesis of the first current I E and the second current I R generating a reference voltage V 3 from the current I1. Further, it is output from the buffer circuit 4 as a reference voltage Vbias0.

電流生成回路2のPMOS M3、M4はカレントミラーを成し、PMOS M3が生成する電流Iは、PMOS M4が生成する電流Iと等しい。 PMOS M3, M4 of the current generating circuit 2 forms a current mirror, the current I 1 generated by the PMOS M3 is equal to the current I 2 PMOS M4 generates.

また、上記のとおり、第1の演算増幅回路EA1の反転入力端子(−)には、第2のNPNトランジスタQ2のベース・エミッタ間の順方向電圧Vが、入力される。第1の演算増幅回路EA1の非反転入力端子(+)には、第1の抵抗R2の両端の電圧と第1のNPNトランジスタQ1のベース・エミッタ間の順方向電圧との合成電圧Vが、入力される。第1の演算増幅回路EA1は、電圧差V−Vを増幅し、出力電圧をPMOS M3、M4のゲートに出力している。 Further, as described above, the inverting input terminal of the first operational amplifier EA1 (-), the forward voltage V 2 between the base and emitter of the second NPN transistor Q2 is inputted. The non-inverting input terminal of the first operational amplifier EA1 (+), the composite voltage V 1 of the forward voltage between the base-emitter voltage across the first resistor R2 and the first NPN transistor Q1 Is entered. The first operational amplifier circuit EA1 amplifies the voltage difference V 1 −V 2 and outputs the output voltage to the gates of the PMOS M3 and M4.

したがって、第1の演算増幅回路EA1は、電圧差V−Vが高くなると、PMOS M3、M4が生成する電流I、Iを減少させ、電圧差V−Vが低くなると、PMOS M3、M4が生成する電流I、Iを増加させる。また、電流I、Iが減少すると、第1の抵抗R2の電圧降下が減少するため、電圧差V−Vは、低くなり、電流I、Iが増加すると、第1の抵抗R2の電圧降下が増加するため、電圧差V−Vは、高くなる。
したがって、第1の演算増幅回路EA1は、合成電圧Vと、順方向電圧Vと、の電圧差V−Vが0になるように、PMOS M3、M4のゲート電圧を制御する。
Therefore, the first operational amplifier circuit EA1 decreases the currents I 1 and I 2 generated by the PMOS M3 and M4 when the voltage difference V 1 −V 2 is increased, and the voltage difference V 1 −V 2 is decreased. The currents I 1 and I 2 generated by the PMOS M3 and M4 are increased. Further, when the currents I 1 and I 2 decrease, the voltage drop of the first resistor R 2 decreases. Therefore, the voltage difference V 1 -V 2 decreases, and when the currents I 1 and I 2 increase, the first Since the voltage drop across the resistor R2 increases, the voltage difference V 1 −V 2 increases.
Therefore, the first operational amplifier circuit EA1 controls the gate voltages of the PMOSs M3 and M4 so that the voltage difference V 1 −V 2 between the combined voltage V 1 and the forward voltage V 2 becomes zero.

上記のとおり、第2の抵抗R3の抵抗値は、第3の抵抗R4の抵抗値と等しいため、第2の抵抗R3を流れる電流Iは、第3の抵抗R4を流れる電流と等しくなる。また、第1のNPNトランジスタQ1のエミッタ電流IE1は、第2のNPNトランジスタQ2のエミッタ電流IE2と等しい。そこで、第1のNPNトランジスタQ1のエミッタ電流及び第2のNPNトランジスタQ2のエミッタ電流を第1の電流Iとする。第1の電流Iは、電源Vccの電圧、PMOS M3、M4に依存しない。 As described above, the resistance value of the second resistor R3, for equal resistance value of the third resistor R4, the current I R flowing through the second resistor R3 is equal to the current flowing through the third resistor R4. The emitter current I E1 of the first NPN transistor Q1 is equal to the emitter current I E2 of the second NPN transistor Q2. Therefore, the emitter current of the first NPN transistor Q1 and the emitter current of the second NPN transistor Q2 are set as the first current IE . The first current IE does not depend on the voltage of the power supply Vcc and the PMOS M3 and M4.

第2のNPNトランジスタQ2のベース・エミッタ間の順方向電圧Vと第1のNPNトランジスタQ1のベース・エミッタ間の順方向電圧との電圧差ΔVFは、第1の抵抗R2の両端の電圧に等しい。
したがって、電流Iは、第1のNPNトランジスタQ1と第2のNPNトランジスタQ2とのエミッタの面積比をSE1/SE2、第1の抵抗R2の抵抗値をRとして、(1)式のようになる。
The voltage difference ΔVF between the base-emitter forward voltage V2 of the second NPN transistor Q2 and the base-emitter forward voltage of the first NPN transistor Q1 is the voltage across the first resistor R2. equal.
Therefore, the current IE is expressed by the following equation (1), where S E1 / S E2 is the emitter area ratio of the first NPN transistor Q1 and the second NPN transistor Q2, and R 2 is the resistance value of the first resistor R2. become that way.

Figure 2013038608
ここで、Vは、熱電圧であり、ボルツマン定数をk、温度をT、電子の電荷をqとして、V=kT/qである。
Figure 2013038608
Here, V T is a thermal voltage, V T = kT / q, where Boltzmann constant is k, temperature is T, and electron charge is q.

また、第2の抵抗R3と第3の抵抗R4とは抵抗値が等しく、両端にかかる電圧VとVとが等しくなることから、それぞれの抵抗を流れる第2の電流Iは、第2の抵抗R3の抵抗値をR3として、I=V/Rとなり、第1の電流Iと第2の電流Iとを合成した電流I(=I)は、(2)式のようになる。 Further, a second resistor R3 and the third resistor R4 equal resistance value, since the voltage V 1 and V 2 is equal according to both ends, the second current I R flowing through each of the resistors, the the resistance value of the second resistor R3 as R3, I R = V 2 / R 3 , and the current I 1 which combines the first current I E and the second current I R (= I 2) is (2 )

Figure 2013038608
Figure 2013038608

したがって、電流Iのばらつきと温度係数は、それぞれ(3)式、(4)式のようになり、ばらつきは、第2の抵抗R3の抵抗値Rのばらつきに、温度係数は、比例定数Kの値と、順方向電圧Vの値で決定される。 Therefore, the variation of the current I 1 and the temperature coefficient are respectively expressed by the equations (3) and (4). The variation is the variation of the resistance value R 3 of the second resistor R 3 , and the temperature coefficient is the proportional constant. the value of K, is determined by the value of the forward voltage V 2.

Figure 2013038608
Figure 2013038608
Figure 2013038608
Figure 2013038608

電流Iの温度係数が0となる温度依存性をキャンセルする条件は、(5)式のようになる。 The condition for canceling the temperature dependence that causes the temperature coefficient of the current I 1 to be zero is as shown in equation (5).

Figure 2013038608
Figure 2013038608

したがって、第1のNPNトランジスタQ1及び第2のNPNトランジスタQ2のエミッタ面積と、エミッタ電流である第1の電流I(=ΔVF/R)で定まるベース・エミッタ間電圧Vの値と、その電圧Vで定まる比例定数Kの値に、抵抗比R/Rを合わせることで、電流Iの温度係数を0にすることができる。また、例えば第2の抵抗R3の温度係数が正の場合においては、抵抗比R/Rを(5)式で定まる値よりも大きくすることにより、電流Iの温度係数を正にすることができ、抵抗比R/Rを小さくすることにより、電流Iの温度係数を負にすることができる。 Therefore, the emitter areas of the first NPN transistor Q1 and the second NPN transistor Q2, and the value of the base-emitter voltage V 2 determined by the first current I E (= ΔVF / R 2 ) as the emitter current, By adjusting the resistance ratio R 3 / R 2 to the value of the proportionality constant K determined by the voltage V 2 , the temperature coefficient of the current I 1 can be made zero. In the case for example, a temperature coefficient of the second resistor R3 is positive, to be greater than the value determined the resistance ratio R 3 / R 2 in (5), positively the temperature coefficient of the current I 1 The temperature coefficient of the current I 1 can be made negative by decreasing the resistance ratio R 3 / R 2 .

このように、エミッタ面積の異なる2つトランジスタのベース・エミッタ間電圧の電圧差ΔVFは、正の温度係数を有し、ベース・エミッタ間電圧Vは負の温度係数を有する。その結果、電流生成回路2においては、接合部の面積の異なるPN接合の順方向電圧の電圧差ΔVFに基づいて第1の電流Iを生成し、2つのPN接合の接合部の面積の小さいPN接合の順方向電圧Vに基づいて第1の電流Iの温度係数と極性の異なる温度係数を有する第2の電流Iを生成する。そして、各電流値の設定により、電流I1の温度係数を正、0、負に設定することができる。 Thus, the voltage difference ΔVF between the base-emitter voltages of two transistors having different emitter areas has a positive temperature coefficient, and the base-emitter voltage V 2 has a negative temperature coefficient. As a result, in the current generation circuit 2, the first current IE is generated based on the voltage difference ΔVF of the forward voltage of the PN junctions having different junction areas, and the junction area of the two PN junctions is small. generating a second current I R having a temperature coefficient and polarity different temperature coefficient of the first current I E on the basis of the forward voltage V 2 of the PN junction. The temperature coefficient of the current I1 can be set to positive, 0, or negative by setting each current value.

また、上記のとおり、電流I、電流Iは、電源Vccの電圧変動、回路構成素子のPMOS M3、M4、第1及び第2のNPNトランジスタQ1、Q2の特性変動に依存しない。さらに、電流生成回路2においては、電源Vccの電圧が、第2のNPNトランジスタQ2のベース・エミッタ間の電圧Vと、PMOS M4のソース・ドレイン間の飽和電圧Vdsatと、の合成電圧よりも高ければ動作可能である。例えば、約1V程度の低い電源電圧で動作可能である。 Further, as described above, the current I E, the current I R, the voltage fluctuation of the power source Vcc, PMOS M3, M4 of the circuit components, does not depend on the characteristic variation of the first and second NPN transistors Q1, Q2. Further, in the current generation circuit 2, the voltage of the power supply Vcc is higher than the combined voltage of the base-emitter voltage V2 of the second NPN transistor Q2 and the saturation voltage Vdsat between the source and drain of the PMOS M4. If it is high, it can operate. For example, it can operate with a low power supply voltage of about 1V.

電圧生成回路3においては、第1の演算増幅回路EA1の出力電圧が、PMOS M5のゲートに入力されている。上記のとおり、PMOS M5は、電流生成回路2のPMOS M3、M4と特性が揃えられている。したがって、PMOS M5は、電流生成回路2のPMOS M3、M4で生成された電流I(=I)のサイズ比倍の電流Iを生成する。電流Iは、増幅素子6と同種類のトランジスタQ3に流れ、基準電圧Vを生成する。 In the voltage generation circuit 3, the output voltage of the first operational amplifier circuit EA1 is input to the gate of the PMOS M5. As described above, the characteristics of the PMOS M5 are the same as those of the PMOS M3 and M4 of the current generation circuit 2. Accordingly, PMOS M5 generates a current I 1 (= I 2) size ratio times the current I 3 that is generated by PMOS M3, M4 of the current generating circuit 2. Current I 3 is an amplifying device 6 flows through the same type of transistors Q3, to generate a reference voltage V 3.

バッファ回路4は、電流出力のボルテージ・フォロアであり、電圧生成回路3で生成された基準電圧Vを入力して、基準電圧Vと等しい基準電圧Vbias0を出力する。
また、基準電圧Vbias0は、増幅素子6のHBT Q4のベースに供給される。HBT Q4は、HBT Q4と基準トランジスタQ3とのエミッタの面積比(SEQ4/SEQ3)倍に相当するバイアス電流Ibias(=I×SEQ4/SEQ3)を生成する。
Buffer circuit 4 is a voltage follower current output, and inputs the reference voltage V 3 generated by the voltage generating circuit 3 outputs a reference voltage Vbias0 equal to the reference voltage V 3.
The reference voltage Vbias0 is supplied to the base of the HBT Q4 of the amplifying element 6. The HBT Q4 generates a bias current Ibias (= I 3 × S EQ4 / S EQ3 ) corresponding to the emitter area ratio (S EQ4 / S EQ3 ) times of the HBT Q4 and the reference transistor Q3.

バッファ回路4は、増幅素子6側からみると、低周波域では、大きな電圧ゲインを有する演算増幅回路EA2で制御され、非常に小さいなインピーダンスの直流電圧源とみなせる。一方、高周波域では、演算増幅回路EA2の電圧ゲインが、非常に小さくなることから、PMOS MPoの定電流特性が現れることになる。その結果、バイアス回路1側での高周波入力信号RFinの損失が小さくなり、増幅素子6の素子単体のNFやゲインなどの性能が最大限引き出し易くなる。   When viewed from the amplification element 6 side, the buffer circuit 4 is controlled by the operational amplifier circuit EA2 having a large voltage gain in the low frequency range, and can be regarded as a DC voltage source having a very small impedance. On the other hand, in the high frequency range, the voltage gain of the operational amplifier circuit EA2 becomes very small, and the constant current characteristic of the PMOS MPo appears. As a result, the loss of the high-frequency input signal RFin on the bias circuit 1 side is reduced, and the performance such as NF and gain of the single element of the amplifying element 6 can be easily extracted.

このように、バイアス回路1においては、接合部の面積の異なるPN接合の順方向電圧差ΔVFに基づいて第1の電流Iを生成し、また、接合部の面積の小さいPN接合の順方向電圧Vに基づいて第1の電流Iの温度係数と異なる極性の温度係数を有する第2の電流Iを生成している。そして、第1の電流Iと第2の電流Iとを合成した電流I1から基準電圧Vbias0を生成している。その結果、電流I1の温度係数を正、0、負に設定することができ、また、増幅回路5においては、基準電圧Vbias0をバイアス電圧として供給される増幅素子6に、電流I1と同様の温度係数を有するバイアス電流Ibiasを生成することができる。 As described above, in the bias circuit 1, the first current IE is generated based on the forward voltage difference ΔVF of the PN junctions having different junction areas, and the forward direction of the PN junction having the small junction area. and it generates a second current I R having a polarity temperature coefficient different from the temperature coefficient of the first current I E on the basis of the voltage V 2. Then, and it generates a reference voltage Vbias0 from current I1 obtained by combining the first current I E and the second current I R. As a result, the temperature coefficient of the current I1 can be set to positive, 0, and negative. In the amplifier circuit 5, the temperature similar to that of the current I1 is supplied to the amplifier element 6 supplied with the reference voltage Vbias0 as a bias voltage. A bias current Ibias having a coefficient can be generated.

また、バイアス回路1においては、第2のNPNトランジスタQ2のベース・エミッタ間の順方向電圧Vと、PMOS M4のソース・ドレイン間の飽和電圧Vdsatとの合成電圧よりも電源Vccの電圧が高ければ動作可能であり、低電圧動作が可能である。 In the bias circuit 1, the forward voltage V 2 between the base and emitter of the second NPN transistor Q2, the voltage of the power supply Vcc than the combined voltage of the saturation voltage Vdsat between the source and the drain of the PMOS M4 high Operation is possible, and low voltage operation is possible.

なお、バイアス回路1においては、接合部の面積の異なる2つのPN接合として、それぞれダイオード接続された、第1のNPNトランジスタQ1と第1のNPNトランジスタQ1よりもエミッタ面積の小さい第2のNPNトランジスタQ2を用いている。しかし、PNPトランジスタを用いてもよく、またPN接合ダイオードを用いてもよい。例えばBiCMOSで構成した場合、NPNトランジスタのダイオードは、単体ダイオードと比較して特性・ばらつきに優れているため、電流範囲を広げることができる。また、例えば寄生PNPトランジスタで構成した場合、CMOSプロセスで実現可能になる。以下に説明する他の実施形態についても同様である。   In the bias circuit 1, the first NPN transistor Q1 and the second NPN transistor having a smaller emitter area than the first NPN transistor Q1, which are diode-connected as two PN junctions having different junction areas, are used. Q2 is used. However, a PNP transistor or a PN junction diode may be used. For example, when configured with BiCMOS, the diode of the NPN transistor is superior in characteristics and variations compared to the single diode, and thus the current range can be expanded. Further, for example, when it is configured by a parasitic PNP transistor, it can be realized by a CMOS process. The same applies to other embodiments described below.

また、バイアス回路1においては、増幅素子6が、HBT Q4を有する構成を例示している。しかし、増幅素子が例えばNMOSなどのFETを有する場合、基準トランジスタは、増幅素子に合わせて、FETで構成することができる。以下に説明する他の実施形態についても同様である。   Moreover, in the bias circuit 1, the structure in which the amplifying element 6 has HBT Q4 is illustrated. However, when the amplifying element has a FET such as an NMOS, the reference transistor can be constituted by a FET in accordance with the amplifying element. The same applies to other embodiments described below.

次に、第2の実施形態について説明する。
図2は、第2の実施形態に係るバイアス回路を含む増幅回路の構成を例示する回路図である。
バイアス回路1aにおいては、図1に表したバイアス回路1の電圧生成回路3が、電圧生成回路3aに置き換えられている。電流生成回路2、バッファ回路4については、図1のバイアス回路1と同様である。また、増幅回路5aは、バイアス回路1aと、バイアス回路1aから基準電圧Vbias0、Vbias1とを供給され、高周波信号RFinを増幅する増幅素子6aとを備えている。増幅素子6aは、カスコード構成のHBT Q4とNMOS M7とを有している。また、図2においては、図1と同一の要素には、同一の符号を付している。
Next, a second embodiment will be described.
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating the configuration of an amplifier circuit including a bias circuit according to the second embodiment.
In the bias circuit 1a, the voltage generation circuit 3 of the bias circuit 1 shown in FIG. 1 is replaced with a voltage generation circuit 3a. The current generation circuit 2 and the buffer circuit 4 are the same as those of the bias circuit 1 in FIG. The amplifier circuit 5a includes a bias circuit 1a and an amplifier element 6a that is supplied with the reference voltages Vbias0 and Vbias1 from the bias circuit 1a and amplifies the high-frequency signal RFin. The amplifying element 6a has a cascode-structured HBT Q4 and an NMOS M7. In FIG. 2, the same elements as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

電圧生成回路3aは、図1に表した電圧生成回路3に、電流生成回路2のPMOS M3、M4とカレントミラーを構成するPMOS M6と、抵抗R5と、増幅素子6aのNMOS M6と同種類の基準トランジスタM18、バイパスコンデンサが追加されている。
PMOS M6のソースは、電源Vccに接続され、ゲートは、第1の演算増幅回路EA1の出力に接続され、ドレインは、抵抗R5の一端に接続されている。抵抗R5の他端は、準トランジスタM18のゲート及びドレインに接続されている。また、基準トランジスタM18のソースは、接地されている。
The voltage generation circuit 3a is similar to the voltage generation circuit 3 shown in FIG. 1 in the same type as the PMOS M6 constituting the current mirror with the PMOS M3 and M4 of the current generation circuit 2, the resistor R5, and the NMOS M6 of the amplification element 6a. A reference transistor M18 and a bypass capacitor are added.
The source of the PMOS M6 is connected to the power supply Vcc, the gate is connected to the output of the first operational amplifier circuit EA1, and the drain is connected to one end of the resistor R5. The other end of the resistor R5 is connected to the gate and drain of the quasi-transistor M18. The source of the reference transistor M18 is grounded.

PMOS M6のゲートには、PMOS M3、M4、M5と同一の第1の演算増幅回路EA1の出力電圧が供給されるため、PMOS M6は、PMOS M3、M4で生成された電流I1のサイズ比倍の電流Iを生成する。電流Iは、抵抗R5と基準トランジスタM18とに流れ、抵抗R5とPMOS M6との接続点に基準電圧Vbias1を生成する。 Since the output voltage of the first operational amplifier circuit EA1 that is the same as that of the PMOS M3, M4, and M5 is supplied to the gate of the PMOS M6, the PMOS M6 is multiplied by the size ratio of the current I1 generated by the PMOS M3 and M4. to generate a current I 3. Current I 3 flows into the resistor R5 and the reference transistor M18, and generates a reference voltage Vbias1 to a connection point between the resistor R5 and the PMOS M6.

基準電圧Vbias1は、増幅素子6のNMOS M7のゲートに供給される。なお、抵抗R5とPMOS M6との接続点は、バイパスコンデンサを介して接地されており、NMOS M7はゲート接地とされている。   The reference voltage Vbias1 is supplied to the gate of the NMOS M7 of the amplifier element 6. The connection point between the resistor R5 and the PMOS M6 is grounded via a bypass capacitor, and the NMOS M7 is grounded.

このように、バイアス回路1aは、カスコード構成のHBT Q4とNMOS M7を有する増幅素子6に対して、バイアスVbias0、Vbias1を供給することができる。また、HBT Q4とNMOS M7とに対して、バイアスを独立に生成しているため、入力高周波信号RFinのNMOS M7への回り込みを軽減することができる。
バイアス回路1aのこれ以外の構成、動作、及び効果については、バイアス回路1と同様である。
As described above, the bias circuit 1a can supply the biases Vbias0 and Vbias1 to the amplifying element 6 having the cascode-structured HBT Q4 and the NMOS M7. Further, since the bias is generated independently for the HBT Q4 and the NMOS M7, the wraparound of the input high-frequency signal RFin to the NMOS M7 can be reduced.
Other configurations, operations, and effects of the bias circuit 1a are the same as those of the bias circuit 1.

なお、バイアス回路1aにおいては、増幅素子6aが、カスコード構成のHBT Q4とNMOS M7とを有する構成を例示している。しかし、増幅素子6aは、他の素子、例えばHBTとHBTとのカスコード構成、NMOSとNMOSとのカスコード構成とすることもできる。また、それに合わせて、電圧生成回路3aの基準トランジスタQ3、M18もHBTとHBT、NMOSとNMOSとで構成することができる。以下に説明する他の実施形態についても同様である。   In the bias circuit 1a, a configuration in which the amplifying element 6a includes a cascode-structured HBT Q4 and an NMOS M7 is illustrated. However, the amplifying element 6a may have another element, for example, a cascode configuration of HBT and HBT, or a cascode configuration of NMOS and NMOS. In accordance with this, the reference transistors Q3 and M18 of the voltage generation circuit 3a can also be composed of HBT and HBT, NMOS and NMOS. The same applies to other embodiments described below.

また、バイアス回路1aは、基準電圧Vbias0と基準電圧Vbias1とを、独立に生成している。しかし、基準トランジスタQ3とNMOS M5との間に抵抗R5を接続し、抵抗R5の両端にそれぞれ基準電圧Vbias0と基準電圧Vbias1とを生成することもできる。以下に説明する他の実施形態についても同様である。   The bias circuit 1a generates the reference voltage Vbias0 and the reference voltage Vbias1 independently. However, it is also possible to connect the resistor R5 between the reference transistor Q3 and the NMOS M5 and generate the reference voltage Vbias0 and the reference voltage Vbias1 at both ends of the resistor R5, respectively. The same applies to other embodiments described below.

次に、第3の実施形態について説明する。
図3は、第3の実施形態に係るバイアス回路を含む増幅回路の構成を例示する回路図である。
バイアス回路(破線1bで囲んだ部分)は、電流を生成する電流生成回路(破線2aで囲んだ部分)、基準電圧を生成する基準電圧生成回路(破線3bで囲んだ部分)、基準電圧を出力するバッファ回路(破線4で囲んだ部分)を備えている。
Next, a third embodiment will be described.
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating the configuration of an amplifier circuit including a bias circuit according to the third embodiment.
A bias circuit (portion surrounded by a broken line 1b) is a current generating circuit (portion surrounded by a broken line 2a) that generates a current, a reference voltage generating circuit that generates a reference voltage (portion surrounded by a broken line 3b), and outputs a reference voltage A buffer circuit (a portion surrounded by a broken line 4).

また、増幅回路5bは、バイアス回路1bと、バイアス回路1bから基準電圧Vbias0を供給され、高周波信号RFinを増幅する増幅素子(破線6で囲んだ部分)とを備えている。
なお、バッファ回路4、増幅素子6については、図1に表したバッファ回路4、増幅素子6と同様である。
The amplifier circuit 5b includes a bias circuit 1b and an amplifier element (a portion surrounded by a broken line 6) that is supplied with the reference voltage Vbias0 from the bias circuit 1b and amplifies the high-frequency signal RFin.
The buffer circuit 4 and the amplifying element 6 are the same as the buffer circuit 4 and the amplifying element 6 shown in FIG.

電流生成回路2aは、第1のNPNトランジスタQ5と、第1のNPNトランジスタQ5よりもエミッタ面積の小さい第2のNPNトランジスタQ6と、第1の抵抗R2と、PMOS M3、M4とを有している。第1の抵抗R2は、第1のNPNトランジスタQ5に直列に接続されている。   The current generation circuit 2a includes a first NPN transistor Q5, a second NPN transistor Q6 having a smaller emitter area than the first NPN transistor Q5, a first resistor R2, and PMOSs M3 and M4. Yes. The first resistor R2 is connected in series with the first NPN transistor Q5.

すなわち、第1のNPNトランジスタQ5のエミッタは、第1の抵抗R2の一端に接続される。第1の抵抗R2の他端は、接地される。第1のNPNトランジスタQ5のコレクタは、PMOS M3のドレイン及びゲートに接続される。PMOS M3のソースは、電源Vccに接続される。また、第2のNPNトランジスタQ6のエミッタは設定され、コレクタは、PMOS M4のドレインに接続される。PMOS M4のソースは、電源Vccに接続される。   That is, the emitter of the first NPN transistor Q5 is connected to one end of the first resistor R2. The other end of the first resistor R2 is grounded. The collector of the first NPN transistor Q5 is connected to the drain and gate of the PMOS M3. The source of the PMOS M3 is connected to the power supply Vcc. The emitter of the second NPN transistor Q6 is set, and the collector is connected to the drain of the PMOS M4. The source of the PMOS M4 is connected to the power supply Vcc.

PMOS M3のゲートは、PMOS M3のドレイン、PMOS M4のゲート及び第1の演算増幅回路EA1の非反転入力端子(+)に接続される。PMOS M3、M4は、カレントミラーCM1を構成している。   The gate of the PMOS M3 is connected to the drain of the PMOS M3, the gate of the PMOS M4, and the non-inverting input terminal (+) of the first operational amplifier circuit EA1. The PMOS M3 and M4 constitute a current mirror CM1.

また、第1の演算増幅回路EA1の反転入力端子(−)は、PMOS M4のドレイン及び第2のNPNトランジスタQ6のコレクタに接続される。また、第1の演算増幅回路EA1の出力は、PMOS M8のゲートに接続される。PMOS M8のソースは、電源Vccに接続され、ドレインは、第1のNPNトランジスタQ5のベースと第2のNPNトランジスタQ6のベースと第2の抵抗R3の一端に接続される。第2の抵抗R3の他端は、接地される。   The inverting input terminal (−) of the first operational amplifier circuit EA1 is connected to the drain of the PMOS M4 and the collector of the second NPN transistor Q6. The output of the first operational amplifier circuit EA1 is connected to the gate of the PMOS M8. The source of the PMOS M8 is connected to the power supply Vcc, and the drain is connected to the base of the first NPN transistor Q5, the base of the second NPN transistor Q6, and one end of the second resistor R3. The other end of the second resistor R3 is grounded.

電圧生成回路3bは、電流生成回路2aにおけるPMOS M3、M4とカレントミラーCM1を構成するPMOS M13と、PMOS M8とカレントミラーを構成するPMOS M9と、増幅素子6のHBT Q4と同種類の基準トランジスタQ3とで構成される。PMOS M13のソースは、電源Vccに接続され、ゲートは、PMOS M13のゲート及びドレインに接続される。また、PMOS M9のソースは、電源Vccに接続され、ゲートは、第1の演算増幅回路EA1の出力に接続される。PMOS M9のドレイン及びPMOS M13のドレインは、基準トランジスタQ3のベース及びコレクタに接続される。なお、PMOS M13は、PMOS M3、M4と特性の揃ったPMOSであり、PMOS M9は、PMOS M8と特性の揃ったPMOSである。   The voltage generation circuit 3b includes the PMOS M3 and M4 in the current generation circuit 2a, the PMOS M13 that forms the current mirror CM1, the PMOS M9 and the PMOS M9 that forms the current mirror, and the reference transistor of the same type as the HBT Q4 of the amplification element 6. Q3. The source of the PMOS M13 is connected to the power supply Vcc, and the gate is connected to the gate and drain of the PMOS M13. The source of the PMOS M9 is connected to the power supply Vcc, and the gate is connected to the output of the first operational amplifier circuit EA1. The drain of the PMOS M9 and the drain of the PMOS M13 are connected to the base and collector of the reference transistor Q3. The PMOS M13 is a PMOS having the same characteristics as the PMOS M3 and M4, and the PMOS M9 is a PMOS having the same characteristics as the PMOS M8.

次に、バイアス回路1bの動作について説明する。
電流生成回路2aのPMOS M3、M4は、カレントミラーを構成しているため、PMOS M3が生成する電流IとPMOS M4が生成する電流Iとは等しい。
また、第1の演算増幅回路EA1は、第1の抵抗R2の両端の電圧と第1のNPNトランジスタQ5のコレクタ・エミッタ間電圧とを合成した合成電圧と、第2のNPNトランジスタQ6のコレクタ・エミッタ間電圧と、が等しくなるように、PMOS M8、第2の抵抗R3を介して第1のNPNトランジスタQ5のベース電圧及び第2のNPNトランジスタQ6のベース電圧を制御する。
Next, the operation of the bias circuit 1b will be described.
PMOS M3, M4 of the current generation circuit 2a, because it constitutes a current mirror is equal to the current I 2 generated by the current I 1 and PMOS M4 generated by the PMOS M3.
In addition, the first operational amplifier circuit EA1 includes a combined voltage obtained by combining the voltage across the first resistor R2 and the collector-emitter voltage of the first NPN transistor Q5, and the collector / emitter of the second NPN transistor Q6. The base voltage of the first NPN transistor Q5 and the base voltage of the second NPN transistor Q6 are controlled via the PMOS M8 and the second resistor R3 so that the voltage between the emitters becomes equal.

すなわち、第1の演算増幅回路EA1は、第1の抵抗R2の両端の電圧と第1のNPNトランジスタQ5のベース・エミッタ間の順方向電圧とを合成した合成電圧と、第2のNPNトランジスタQ6のベース・エミッタ間の順方向電圧と、が等しくなるように、共通のベース電圧を制御する。   That is, the first operational amplifier circuit EA1 combines the voltage across the first resistor R2 and the forward voltage between the base and emitter of the first NPN transistor Q5 and the second NPN transistor Q6. The common base voltage is controlled so that the forward voltage between the bases and the emitters becomes equal.

したがって、第1のNPNトランジスタQ5の電流及び第2のNPNトランジスタQ6の第1の電流I、第1の電流Iと第2の抵抗R3を流れる第2の電流Iとを合成した電流I(=I)は、バイアス回路1と同様に(1)、(2)式のようになる。 Accordingly, the current of the first NPN transistor Q5 and the first current I E of the second NPN transistor Q6, the first current I E and the second current I R and the combined current through the second resistor R3 I 1 (= I 2 ) is expressed by equations (1) and (2) as in the bias circuit 1.

電圧生成回路3bにおいては、PMOS M13のゲートがPMOS M3のゲートに接続されてPMOS M13がPMOS M3とカレントミラーCM1を構成しているため、PMOS M13は、PMOS M3が生成する第1の電流Iのサイズ比倍の電流を生成する。また、第1の演算増幅回路EA1の出力電圧が、PMOS M8、M9のゲートに入力されている。したがって、PMOS M9は、PMOS M8が生成する電流Iのサイズ比倍の電流を生成する。
したがって、第1の電流Iと第2の電流Iとを合成した電流Iのサイズ比倍の電流Iが、増幅素子6と同種類の基準トランジスタQ3を流れ、基準電圧Vを生成する。
In the voltage generation circuit 3b, the gate of the PMOS M13 is connected to the gate of the PMOS M3, and the PMOS M13 forms a current mirror CM1 with the PMOS M3. Therefore, the PMOS M13 includes the first current I generated by the PMOS M3. A current that is twice the size ratio of E is generated. The output voltage of the first operational amplifier circuit EA1 is input to the gates of the PMOS M8 and M9. Accordingly, PMOS M9 generates size ratio times the current of the current I R of PMOS M8 generated.
Thus, the first current I E and the second current I current and R were synthesized I 1 size ratio times the current I 3 is the amplifier element 6 flows of the same type of reference transistors Q3, a reference voltage V 3 Generate.

バッファ回路4aは、電流出力のボルテージ・フォロアであり、電圧生成回路3bで生成された基準電圧Vを入力して、基準電圧Vと等しい基準電圧Vbias0を出力する。
また、基準電圧Vbias0は、増幅素子6のHBT Q4のベースに供給される。HBT Q4は、HBT Q4と基準トランジスタQ3とのエミッタの面積比(SEQ4/SEQ3)倍に相当するバイアス電流Ibias(=I×SEQ4/SEQ3)を生成する。
Buffer circuit 4a is a voltage follower current output, and inputs the reference voltage V 3 generated by the voltage generating circuit 3b, and outputs the reference voltage Vbias0 equal to the reference voltage V 3.
The reference voltage Vbias0 is supplied to the base of the HBT Q4 of the amplifying element 6. The HBT Q4 generates a bias current Ibias (= I 3 × S EQ4 / S EQ3 ) corresponding to the emitter area ratio (S EQ4 / S EQ3 ) times of the HBT Q4 and the reference transistor Q3.

したがって、バイアス回路1bは、バイアス回路1と同様の効果を有する。また、バイアス回路1における第2の抵抗R3、第3の抵抗R4の抵抗値は、バイアス電流Ibiasを規定するため、高精度が要求され、回路面積が大きくなる。したがって、バイアス回路1bは、バイアス回路1の第3の抵抗R4を有しないため、回路面積を小型化できる。   Therefore, the bias circuit 1b has the same effect as the bias circuit 1. In addition, since the resistance values of the second resistor R3 and the third resistor R4 in the bias circuit 1 define the bias current Ibias, high accuracy is required, and the circuit area increases. Therefore, since the bias circuit 1b does not have the third resistor R4 of the bias circuit 1, the circuit area can be reduced.

図4は、第4の実施形態に係るバイアス回路を含む増幅回路の構成を例示する回路図である。
バイアス回路(破線1cで囲んだ部分)は、電流を生成する電流生成回路(破線2bで囲んだ部分)、基準電圧を生成する電圧生成回路(破線3cで囲んだ部分)、基準電圧を出力するバッファ回路(破線4で囲んだ部分)を備えている。
FIG. 4 is a circuit diagram illustrating the configuration of an amplifier circuit including a bias circuit according to the fourth embodiment.
The bias circuit (portion surrounded by a broken line 1c) outputs a current generation circuit (portion surrounded by a broken line 2b) that generates a current, a voltage generation circuit that generates a reference voltage (portion surrounded by a broken line 3c), and outputs a reference voltage. A buffer circuit (portion surrounded by a broken line 4) is provided.

また、増幅回路5cは、バイアス回路1cと、バイアス回路1cから基準電圧Vbias0、Vbias1を供給され、高周波信号RFinを増幅する増幅素子(破線6aで囲んだ部分)とを備えている。
なお、バッファ回路4及び増幅素子6aは、図2におけるものと同様である。
The amplifier circuit 5c includes a bias circuit 1c and an amplifier element (a portion surrounded by a broken line 6a) that is supplied with the reference voltages Vbias0 and Vbias1 from the bias circuit 1c and amplifies the high-frequency signal RFin.
The buffer circuit 4 and the amplifying element 6a are the same as those in FIG.

電流生成回路2bは、第1のNPNトランジスタQ1と、第1のNPNトランジスタQ1よりもエミッタ面積(接合部の面積)の小さい第2のNPNトランジスタQ2と、PMOS M3、M4、M15と、NMOS14と、第1及び第2の抵抗R2、R3と、第1及び第3の演算増幅回路EA1、EA3とを有している。第1のNPNトランジスタQ1のベースは、第1のNPNトランジスタQ1のコレクタに接続され、第1のNPNトランジスタQ1は、ダイオード接続されている。第1のNPNトランジスタQ1のエミッタは接地される。また、第2のNPNトランジスタQ2のベースは、第2のNPNトランジスタQ2のコレクタに接続され、第2のNPNトランジスタQ2は、ダイオード接続されている。第2のNPNトランジスタQ2のエミッタは、接地される。   The current generation circuit 2b includes a first NPN transistor Q1, a second NPN transistor Q2 having a smaller emitter area (junction area) than the first NPN transistor Q1, PMOS M3, M4, M15, NMOS 14, , First and second resistors R2 and R3, and first and third operational amplifier circuits EA1 and EA3. The base of the first NPN transistor Q1 is connected to the collector of the first NPN transistor Q1, and the first NPN transistor Q1 is diode-connected. The emitter of the first NPN transistor Q1 is grounded. The base of the second NPN transistor Q2 is connected to the collector of the second NPN transistor Q2, and the second NPN transistor Q2 is diode-connected. The emitter of the second NPN transistor Q2 is grounded.

第1のNPNトランジスタQ1のベース及びコレクタは、第1の抵抗R2の一端に接続される。第1の抵抗R2の他端は、PMOSM3のドレインに接続される。PMOS M3のソースは、電源Vccに接続される。また、第2のNPNトランジスタQ2のベース及びコレクタは、PMOS M4のドレインに接続され、PMOS M4のソースは、電源Vccに接続される。   The base and collector of the first NPN transistor Q1 are connected to one end of the first resistor R2. The other end of the first resistor R2 is connected to the drain of the PMOS M3. The source of the PMOS M3 is connected to the power supply Vcc. The base and collector of the second NPN transistor Q2 are connected to the drain of the PMOS M4, and the source of the PMOS M4 is connected to the power supply Vcc.

第1の演算増幅回路EA1の反転入力端子(−)には、第2のNPNトランジスタQ2のベース・エミッタ間の順方向電圧Vが入力される。第1の演算増幅回路EA1の非反転入力端子(+)には、第1の抵抗R2の両端の電圧と第1のNPNトランジスタQ1のベース・エミッタ間の順方向電圧との合成電圧Vが入力される。第1の演算増幅回路EA1の出力は、PMOS M3、M4のゲートに接続される。 Inverting input terminal of the first operational amplifier EA1 (-), the forward voltage V 2 between the base and emitter of the second NPN transistor Q2 is input. The non-inverting input terminal of the first operational amplifier EA1 (+), the composite voltage V 1 of the forward voltage between the base-emitter voltage across the first resistor R2 and the first NPN transistor Q1 Entered. The output of the first operational amplifier circuit EA1 is connected to the gates of PMOS M3 and M4.

また、第3の演算増幅回路EA3は、NMOS M14を介した電流出力タイプのボルテージ・フォロア回路を構成している。第3の演算増幅回路EA3の非反転入力端子(+)には、第2のNPNトランジスタQ2のベース・エミッタ間の順方向電圧Vが入力される。第3の演算増幅回路EA3の反転入力端子(−)は、NMOS M14のソース及び第2の抵抗R3の一端に接続され、第3の演算増幅回路EA3の出力は、NMOS M14のゲートに接続される。NMOS M14のドレインは、PMOS M15のドレイン及びゲートに接続される。PMOS M15のソースは、電源Vccに接続される。また、第2の抵抗R2の他端は、接地される。第3の演算増幅回路EA3は、第2のNPNトランジスタQ2のベース・エミッタ間の順方向電圧Vを入力して、第2の抵抗R3に順方向電圧Vと等しい電圧を出力する。 The third operational amplifier circuit EA3 constitutes a current output type voltage follower circuit through the NMOS M14. The non-inverting input terminal of the third operational amplifier EA3 (+), the forward voltage V 2 between the base and emitter of the second NPN transistor Q2 is input. The inverting input terminal (−) of the third operational amplifier circuit EA3 is connected to the source of the NMOS M14 and one end of the second resistor R3, and the output of the third operational amplifier circuit EA3 is connected to the gate of the NMOS M14. The The drain of the NMOS M14 is connected to the drain and gate of the PMOS M15. The source of the PMOS M15 is connected to the power supply Vcc. The other end of the second resistor R2 is grounded. Third operational amplifier EA3 inputs the forward voltage V 2 between the base and emitter of the second NPN transistor Q2, and outputs a voltage equal the forward voltage V 2 to the second resistor R3.

このように、電流生成回路2bは、図1に表した電流生成回路2における第1の演算増幅回路EA1の前段の第2の抵抗R3と第3の抵抗R4とを削除して、第3の演算増幅回路EA3で構成されたボルテージ・フォロアを介して第2の抵抗R3を接続した構成になっている。   As described above, the current generation circuit 2b deletes the second resistor R3 and the third resistor R4 in the previous stage of the first operational amplifier circuit EA1 in the current generation circuit 2 illustrated in FIG. The second resistor R3 is connected via a voltage follower constituted by the operational amplifier circuit EA3.

電圧生成回路3cは、図2に表した電圧生成回路3aに、PMOS M16、M17が追加された構成である。PMOS M16のソースは、電源Vccに接続され、ドレインは、PMOS M5のドレインに接続され、ゲートは、PMOS M15のゲート及びドレインに接続される。PMOS M17のソースは、電源Vccに接続され、ドレインは、PMOS M6のドレインに接続され、ゲートは、PMOS M15のゲート及びドレインに接続される。   The voltage generation circuit 3c is configured by adding PMOS M16 and M17 to the voltage generation circuit 3a shown in FIG. The source of the PMOS M16 is connected to the power supply Vcc, the drain is connected to the drain of the PMOS M5, and the gate is connected to the gate and drain of the PMOS M15. The source of the PMOS M17 is connected to the power supply Vcc, the drain is connected to the drain of the PMOS M6, and the gate is connected to the gate and drain of the PMOS M15.

次に、バイアス回路1cの動作について説明する。
電流生成回路2bの動作は、図1に表した電流生成回路2と同様であり、第1のNPNトランジスタQ1の電流及び第2のNPNトランジスタQ2の第1の電流I、第1の電流Iと第2の抵抗R3を流れる第2の電流Iとを合成した電流I(=I)は、バイアス回路1と同様に(1)、(2)式のようになる。
Next, the operation of the bias circuit 1c will be described.
The operation of the current generation circuit 2b is the same as that of the current generation circuit 2 shown in FIG. 1, and the current of the first NPN transistor Q1, the first current I E of the second NPN transistor Q2, and the first current I E and the current I 1 obtained by synthesizing the second current I R flowing through the second resistor R3 (= I 2), similar to the bias circuit 1 (1) and (2) below.

PMOS M3、M4が生成する電流は、第1のNPNトランジスタQ1及び第2のNPNトランジスタQ2の第1の電流Iと等しい。また、PMOS M15を流れる電流は、第2の抵抗R3を流れる第2の電流Iと等しい。 The currents generated by the PMOS M3 and M4 are equal to the first current IE of the first NPN transistor Q1 and the second NPN transistor Q2. The current flowing through the PMOS M15 is equal to the second current I R flowing through the second resistor R3.

電圧生成回路3cは、第1の電流Iと第2の電流Iとを合成した電流Iのサイズ比倍の電流I3をPMOS M5、M16で生成して、基準トランジスタQ3に流している。基準トランジスタQ3は、基準電圧Vを生成し、バッファ回路4aを介して、増幅素子6aに基準電圧Vbias0として出力する。また、第1の電流Iと第2の電流Iとを合成した電流Iのサイズ比倍の電流I3をPMOS M6、M17で生成して、基準トランジスタM18及び抵抗R5に流している。抵抗R5には、基準電圧Vbias1が生成される。 Voltage generator 3c generates the first current I E and the second current I R and the size ratio times the current I3 of the combined current I 1 to a PMOS M5, M16, is flowing in the reference transistor Q3 . Reference transistor Q3 generates the reference voltage V 3, via a buffer circuit 4a, and outputs to the amplifying element 6a as the reference voltage VBIAS0. Further, to generate a first current I E and the second current I R and the size ratio times the current I3 of the combined current I 1 to a PMOS M6, M17, is flowing in the reference transistor M18 and the resistor R5. A reference voltage Vbias1 is generated in the resistor R5.

したがって、バイアス回路1cは、バイアス回路1aと同様の効果を有する。また、バイアス回路1cは、バイアス回路1bと同様に第3の抵抗R4を有しないため、回路面積を小型化できる。   Therefore, the bias circuit 1c has the same effect as the bias circuit 1a. Further, since the bias circuit 1c does not have the third resistor R4 like the bias circuit 1b, the circuit area can be reduced.

図5は、第5の実施形態に係るバイアス回路を含む増幅回路の構成を例示する回路図である。
バイアス回路1dは、図4に表したバイアス回路1cの電圧生成回路3cを電圧生成回路3dに置き換えて構成されている。また、増幅回路5dは、バイアス回路1dと、バイアス回路1dから基準電圧Vbias0、Vbias1を供給され、高周波信号RFinを増幅する増幅素子(破線6bで囲んだ部分)とを備えている。なお、電流生成回路2b、バッファ回路4、及び起動回路5aは、図4におけるものと同様である。
FIG. 5 is a circuit diagram illustrating the configuration of an amplifier circuit including a bias circuit according to the fifth embodiment.
The bias circuit 1d is configured by replacing the voltage generation circuit 3c of the bias circuit 1c shown in FIG. 4 with a voltage generation circuit 3d. The amplifying circuit 5d includes a bias circuit 1d and an amplifying element (a portion surrounded by a broken line 6b) that is supplied with the reference voltages Vbias0 and Vbias1 from the bias circuit 1d and amplifies the high-frequency signal RFin. The current generating circuit 2b, the buffer circuit 4, and the starting circuit 5a are the same as those in FIG.

増幅素子6bは、カスコード構成のHBT Q4、Q6を有している。そのため、電圧生成回路3dは、電圧生成回路3cのNMOS M18をHBT Q7に置き換えて構成されている。
したがって、バイアス回路1dの動作は、バイアス回路1cと同様であり、バイアス回路1dは、バイアス回路1cと同様の効果を有する。
The amplifying element 6b has cascode-structured HBTs Q4 and Q6. Therefore, the voltage generation circuit 3d is configured by replacing the NMOS M18 of the voltage generation circuit 3c with HBT Q7.
Therefore, the operation of the bias circuit 1d is the same as that of the bias circuit 1c, and the bias circuit 1d has the same effect as the bias circuit 1c.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲は、これら実施形態に限定されない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples, and the scope of the invention is not limited to these embodiments. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1、1a、1b、1c、1d…バイアス回路、 2、2a、2b…電流生成回路、 3、3a、3b、3c、3d…電圧生成回路、 4、4a…バッファ回路、 5、5a、5b、5c、5d…増幅回路、 6、6a、6b…増幅素子、 CM1…カレントミラー、 EA1…第1の演算増幅回路、 EA2…第2の演算増幅回路、 EA3…第3の演算増幅回路、 M1〜M6、M8〜M13、M15〜M17、MPo…Pチャンネル形MOSFET(PMOS)、 M7、M14…Nチャンネル形MOSFET(NMOS)、 M18、Q3、Q7…基準トランジスタ、 Q1、Q5…第1のバイポーラトランジスタ、 Q2、Q6…第2のバイポーラトランジスタ、 Q4、Q8…HBT、 R1、R6…抵抗、 R2…第1の抵抗、 R3…第2の抵抗、 R4…第3の抵抗   1, 1a, 1b, 1c, 1d ... bias circuit, 2, 2a, 2b ... current generation circuit, 3, 3a, 3b, 3c, 3d ... voltage generation circuit, 4, 4a ... buffer circuit, 5, 5a, 5b, 5c, 5d ... amplifier circuit, 6, 6a, 6b ... amplifier element, CM1 ... current mirror, EA1 ... first operational amplifier circuit, EA2 ... second operational amplifier circuit, EA3 ... third operational amplifier circuit, M1- M6, M8 to M13, M15 to M17, MPO ... P-channel MOSFET (PMOS), M7, M14 ... N-channel MOSFET (NMOS), M18, Q3, Q7 ... Reference transistor, Q1, Q5 ... First bipolar transistor Q2, Q6 ... second bipolar transistor, Q4, Q8 ... HBT, R1, R6 ... resistor, R2 ... first resistor, R3 ... second Resistance, R4 ... the third resistor

Claims (8)

接合部の面積の異なる2つのPN接合の順方向電圧の電圧差に基づいて第1の電流を生成し、前記2つのPN接合のうちの接合部の面積の小さいPN接合の順方向電圧に基づいて前記第1の電流の温度係数と異なる極性の温度係数を有する第2の電流を生成する電流生成回路と、
前記第1の電流と前記第2の電流とを合成した電流から基準電圧を生成する電圧生成回路と、
を備えたことを特徴とするバイアス回路。
A first current is generated based on a voltage difference between forward voltages of two PN junctions having different junction areas, and based on a forward voltage of a PN junction having a smaller junction area of the two PN junctions. A current generation circuit for generating a second current having a temperature coefficient having a polarity different from that of the first current;
A voltage generation circuit that generates a reference voltage from a current obtained by combining the first current and the second current;
A bias circuit comprising:
前記電流生成回路は、
第1のバイポーラトランジスタと、
前記第1のバイポーラトランジスタに直列に接続された第1の抵抗と、
前記第1のバイポーラトランジスタよりも接合部の面積が小さく、前記第1のバイポーラトランジスタと電流値の等しい電流が流れる第2のバイポーラトランジスタと、
前記第2のバイポーラトランジスタのベース・エミッタ間の順方向電圧が両端に供給され、前記第2の電流を生成する第2の抵抗と、
を有し、
前記第1の抵抗の両端の電圧と前記第1のバイポーラトランジスタのベース・エミッタ間の順方向電圧との合成電圧と、前記第2のバイポーラトランジスタのベース・エミッタ間の順方向電圧と、が等しくなるように、前記第1のバイポーラトランジスタと前記第2のバイポーラトランジスタとに流れる電流の電流値を制御して、前記第1の電流を生成することを特徴とする請求項1記載のバイアス回路。
The current generation circuit includes:
A first bipolar transistor;
A first resistor connected in series to the first bipolar transistor;
A second bipolar transistor having a junction area smaller than that of the first bipolar transistor and having a current equal to that of the first bipolar transistor;
A second resistor for generating a second current by supplying a forward voltage between a base and an emitter of the second bipolar transistor at both ends;
Have
The combined voltage of the voltage across the first resistor and the forward voltage between the base and the emitter of the first bipolar transistor is equal to the forward voltage between the base and the emitter of the second bipolar transistor. The bias circuit according to claim 1, wherein the first current is generated by controlling a current value of a current flowing through the first bipolar transistor and the second bipolar transistor.
前記第1のバイポーラトランジスタのベースは、前記第1のバイポーラトランジスタのコレクタに接続され、
前記第2のバイポーラトランジスタのベースは、前記第2のバイポーラトランジスタのコレクタに接続されていることを特徴とする請求項2記載のバイアス回路。
A base of the first bipolar transistor is connected to a collector of the first bipolar transistor;
3. The bias circuit according to claim 2, wherein a base of the second bipolar transistor is connected to a collector of the second bipolar transistor.
前記第1のバイポーラトランジスタのベースは、前記第2のバイポーラトランジスタのベースに接続され、
前記第2のバイポーラトランジスタのベース・エミッタ間の順方向電圧を制御して、前記第1の電圧と前記第2の電圧とを等しくすることを特徴とする請求項2記載のバイアス回路。
A base of the first bipolar transistor is connected to a base of the second bipolar transistor;
3. The bias circuit according to claim 2, wherein a forward voltage between a base and an emitter of the second bipolar transistor is controlled to make the first voltage equal to the second voltage.
前記第2の抵抗は、前記第2のバイポーラトランジスタのベースとエミッタとに接続されていることを特徴とする請求項2〜4のいずれか1つに記載のバイアス回路。   5. The bias circuit according to claim 2, wherein the second resistor is connected to a base and an emitter of the second bipolar transistor. 前記第2の抵抗は、ボルテージ・フォロアを介して前記第2のバイポーラトランジスタのベースとエミッタとに接続されていることを特徴とする請求項2〜4のいずれか1つに記載のバイアス回路。   5. The bias circuit according to claim 2, wherein the second resistor is connected to a base and an emitter of the second bipolar transistor via a voltage follower. 前記電圧生成回路は、前記第1の電流と前記第2の電流とを合成した電流から前記基準電圧よりも高い電圧をさらに生成することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載のバイアス回路。   The voltage generation circuit further generates a voltage higher than the reference voltage from a current obtained by combining the first current and the second current. The bias circuit described. 請求項1〜7のいずれか1つに記載のバイアス回路と、
前記基準電圧をバイアスとして供給される増幅素子と、
を備えたことを特徴とする増幅回路。
A bias circuit according to any one of claims 1 to 7,
An amplifying element supplied with the reference voltage as a bias;
An amplifier circuit comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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GB2610911A (en) * 2021-07-20 2023-03-22 Skyworks Solutions Inc Apparatus and methods for biasing of low noise amplifiers

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