JP2015211254A - 信号増幅装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単な回路構成で簡単な制御を行うことで、装置全体の消費電力を抑える。
【解決手段】直列に接続された複数の増幅器3,400−1,400−2,4と、増幅器4のドレインバイアス端子8と増幅器4との間に接続された抵抗器100と、ドレインバイアス端子の電圧を反転増幅して出力する第1の反転増幅器と、所定の基準電圧値を用いて、第1の反転増幅器が出力した電圧を反転増幅して出力する第2の反転増幅器とを有し、第2の反転増幅器が出力した電圧を、増幅器3のゲートバイアス端子5に印加する。
【選択図】図14
【解決手段】直列に接続された複数の増幅器3,400−1,400−2,4と、増幅器4のドレインバイアス端子8と増幅器4との間に接続された抵抗器100と、ドレインバイアス端子の電圧を反転増幅して出力する第1の反転増幅器と、所定の基準電圧値を用いて、第1の反転増幅器が出力した電圧を反転増幅して出力する第2の反転増幅器とを有し、第2の反転増幅器が出力した電圧を、増幅器3のゲートバイアス端子5に印加する。
【選択図】図14
Description
本発明は、信号を増幅する信号増幅装置に関する。
近年、通信機器において装置の小型化と送信電力の高出力化に伴い、低消費電力化が求められている。直列に接続された複数の増幅器から構成される信号増幅装置において、歪成分が影響しないバイアス条件で使用するためには、前段の増幅器はA級動作を行うA級増幅回路であり、最後段の増幅器はB,AB級動作を行うB,AB級増幅回路であるという構成がとられる。このような構成において、送信電力が低い場合、消費電力を低く抑えることができる。しかし、送信電力が高い場合は、最後段の増幅器にはドレイン電流が振れ込む影響で、装置全体としての消費電力は増加してしまう。
この消費電力を抑えるために、最後段の増幅器のドレインバイアス端子と接続されたバイアス抵抗の両端に生じた電圧を増幅し、増幅した電圧と基準電圧値との差分を増幅して、前段の可変利得増幅器における利得を制御する回路が考えられている(例えば、特許文献1参照。)。
この消費電力を抑えるために、最後段の増幅器のドレインバイアス端子と接続されたバイアス抵抗の両端に生じた電圧を増幅し、増幅した電圧と基準電圧値との差分を増幅して、前段の可変利得増幅器における利得を制御する回路が考えられている(例えば、特許文献1参照。)。
特許文献1に記載されたような技術においては、差分増幅器を用いて利得を制御して消費電力を抑える構成であるため、装置自体を簡単な構成とすることができないという問題点がある。
本発明の目的は、上述した課題を解決する信号増幅装置を提供することである。
本発明の目的は、上述した課題を解決する信号増幅装置を提供することである。
本発明の信号増幅装置は、
直列に接続された複数の増幅器と、
前記複数の増幅器のうち、最後段の最後段増幅器のドレインバイアス端子と該最後段増幅器との間に接続された抵抗器と、
前記ドレインバイアス端子の電圧を反転増幅して出力する第1の反転増幅器と、
所定の基準電圧値を用いて、前記第1の反転増幅器が出力した電圧を反転増幅して出力する第2の反転増幅器とを有し、
前記第2の反転増幅器が出力した電圧を、前記複数の増幅器のうち、最前段の最前段増幅器のゲートバイアス端子に印加する。
また、本発明の他の信号増幅装置は、
直列に接続された複数の増幅器と、
前記複数の増幅器のうち、最前段の最前段増幅器以外の増幅器それぞれのドレインバイアス端子と該増幅器との間にそれぞれ接続された複数の抵抗器と、
前記複数の増幅器のドレインバイアス端子とそれぞれ接続された複数の制御回路とを有し、
前記複数の制御回路それぞれは、
前記ドレインバイアス端子の電圧を反転増幅して出力する第1の反転増幅器と、
所定の基準電圧値を用いて、前記第1の反転増幅器が出力した電圧を反転増幅して出力する第2の反転増幅器とを具備し、
前記第2の反転増幅器が出力した電圧を、該電圧を出力した第2の反復増幅器が具備される制御回路と接続されたドレインバイアス端子の増幅器の1段前段の増幅器のゲートバイアス端子に印加する。
直列に接続された複数の増幅器と、
前記複数の増幅器のうち、最後段の最後段増幅器のドレインバイアス端子と該最後段増幅器との間に接続された抵抗器と、
前記ドレインバイアス端子の電圧を反転増幅して出力する第1の反転増幅器と、
所定の基準電圧値を用いて、前記第1の反転増幅器が出力した電圧を反転増幅して出力する第2の反転増幅器とを有し、
前記第2の反転増幅器が出力した電圧を、前記複数の増幅器のうち、最前段の最前段増幅器のゲートバイアス端子に印加する。
また、本発明の他の信号増幅装置は、
直列に接続された複数の増幅器と、
前記複数の増幅器のうち、最前段の最前段増幅器以外の増幅器それぞれのドレインバイアス端子と該増幅器との間にそれぞれ接続された複数の抵抗器と、
前記複数の増幅器のドレインバイアス端子とそれぞれ接続された複数の制御回路とを有し、
前記複数の制御回路それぞれは、
前記ドレインバイアス端子の電圧を反転増幅して出力する第1の反転増幅器と、
所定の基準電圧値を用いて、前記第1の反転増幅器が出力した電圧を反転増幅して出力する第2の反転増幅器とを具備し、
前記第2の反転増幅器が出力した電圧を、該電圧を出力した第2の反復増幅器が具備される制御回路と接続されたドレインバイアス端子の増幅器の1段前段の増幅器のゲートバイアス端子に印加する。
以上説明したように、本発明においては、簡単な回路構成で簡単な制御を行うことで、装置全体の消費電力を抑えることができる。
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明の信号増幅装置の実施の一形態を示す図である。
本形態における信号増幅装置は図1に示すように、複数の増幅器3,4が直列に接続され、入力ポート1から入力された高周波信号を増幅して出力ポート2から出力する構成となっている。また、増幅器3は、ゲートバイアス端子5およびドレインバイアス端子6と接続している。また、増幅器4は、ゲートバイアス端子7およびドレインバイアス端子8と接続している。増幅器3はA級増幅回路であり、増幅器4はB級増幅回路またはAB級増幅回路である。増幅器3,4は、電界効果トランジスタ(FET:Field Effect Transistor)であっても良い。また、増幅器4とドレインバイアス端子8との間にバイアス抵抗となる抵抗器100が接続されている。この抵抗器100は、ドレインバイアス端子8から印加されたドレイン電圧を降下する役割を持つ。さらに、抵抗器100のドレインバイアス端子8側に、制御回路101が接続されている。制御回路101の出力は、ゲートバイアス端子5と接続される。
本形態における信号増幅装置は図1に示すように、複数の増幅器3,4が直列に接続され、入力ポート1から入力された高周波信号を増幅して出力ポート2から出力する構成となっている。また、増幅器3は、ゲートバイアス端子5およびドレインバイアス端子6と接続している。また、増幅器4は、ゲートバイアス端子7およびドレインバイアス端子8と接続している。増幅器3はA級増幅回路であり、増幅器4はB級増幅回路またはAB級増幅回路である。増幅器3,4は、電界効果トランジスタ(FET:Field Effect Transistor)であっても良い。また、増幅器4とドレインバイアス端子8との間にバイアス抵抗となる抵抗器100が接続されている。この抵抗器100は、ドレインバイアス端子8から印加されたドレイン電圧を降下する役割を持つ。さらに、抵抗器100のドレインバイアス端子8側に、制御回路101が接続されている。制御回路101の出力は、ゲートバイアス端子5と接続される。
図2は、図1に示した制御回路101の内部構成の一例を示す図である。
図1に示した制御回路101は図2に示すように、2つの反転増幅器199,103を具備している。
反転増幅器199は、ドレインバイアス端子8の電圧を反転増幅して出力する第1の反転増幅器である。反転増幅器103は、所定の基準電圧値を用いて、反転増幅器199が出力した電圧を反転増幅して出力する第2の反転増幅器である。
反転増幅器103が出力した電圧は、ゲートバイアス端子5に印加される。
図1に示した制御回路101は図2に示すように、2つの反転増幅器199,103を具備している。
反転増幅器199は、ドレインバイアス端子8の電圧を反転増幅して出力する第1の反転増幅器である。反転増幅器103は、所定の基準電圧値を用いて、反転増幅器199が出力した電圧を反転増幅して出力する第2の反転増幅器である。
反転増幅器103が出力した電圧は、ゲートバイアス端子5に印加される。
図3は、図1に示したゲートバイアス端子7に印加する電圧を制御する制御回路の一例を示す図である。
図3に示すように、図1に示したゲートバイアス端子7に印加する電圧を制御する制御回路10は、反転増幅器13を具備している。反転増幅器13は、CPU(Central Processing Unit)12からの設定に基づいて、DAC(Digital to Analog Converter)11に設定された電圧を反転増幅し、マイナス電圧を生成する。生成されたマイナス電圧は、反転増幅器13からゲートバイアス端子7へ出力され、増幅器4に必要なドレイン電流が制御される。
図3に示すように、図1に示したゲートバイアス端子7に印加する電圧を制御する制御回路10は、反転増幅器13を具備している。反転増幅器13は、CPU(Central Processing Unit)12からの設定に基づいて、DAC(Digital to Analog Converter)11に設定された電圧を反転増幅し、マイナス電圧を生成する。生成されたマイナス電圧は、反転増幅器13からゲートバイアス端子7へ出力され、増幅器4に必要なドレイン電流が制御される。
一般的に、送信電力が高い場合、直列構成の最後段の増幅器(図1に示した形態においては、増幅器4)のドレイン電流は振れ込む。ドレイン電流が振れこむ場合、消費電力は増加する。
変調方式が多値でない場合(例えば、多値の順にQPSK、16QAM、256QAM)において、それぞれの変調方式での最大出力電力はスペクトラムマスクの規制の点から、QPSK>=16QAM>=256QAMとなる場合が多い。この場合、多値になれば、前段の増幅器(図1に示した形態においては、増幅器3)の高調波歪み成分の寄与が、より大きくなってくる。言い換えると、多値でない場合、増幅器3の寄与が少ないため、適正なバイアスでなくとも、高調波歪み成分が悪くとも、スペクトラムマスク規制を破ることはない。
変調方式が多値でない場合(例えば、多値の順にQPSK、16QAM、256QAM)において、それぞれの変調方式での最大出力電力はスペクトラムマスクの規制の点から、QPSK>=16QAM>=256QAMとなる場合が多い。この場合、多値になれば、前段の増幅器(図1に示した形態においては、増幅器3)の高調波歪み成分の寄与が、より大きくなってくる。言い換えると、多値でない場合、増幅器3の寄与が少ないため、適正なバイアスでなくとも、高調波歪み成分が悪くとも、スペクトラムマスク規制を破ることはない。
以下に、本発明の信号増幅装置の動作について、一般的な信号増幅装置と比較して説明する。
図4は、一般的な信号増幅装置の一形態を示す図である。
図4に示した信号増幅装置は、図1に示した信号増幅装置と比較して、抵抗器100および制御回路101を具備していない。
図5は、図4に示したゲートバイアス端子7およびゲートバイアス端子5に印加する電圧を制御する制御回路の一例を示す図である。
図5に示すように、図3に示したような、ゲートバイアス端子7に印加する電圧を制御する制御回路10に加えて、図4に示したゲートバイアス端子5に印加する電圧を制御する制御回路9がDAC11と接続されている。制御回路9は、反転増幅器14を具備している。反転増幅器14は、CPU12からの設定に基づいて、DAC11に設定された電圧を反転増幅し、マイナス電圧を生成する。生成されたマイナス電圧は、反転増幅器14からゲートバイアス端子5へ出力される。
図4は、一般的な信号増幅装置の一形態を示す図である。
図4に示した信号増幅装置は、図1に示した信号増幅装置と比較して、抵抗器100および制御回路101を具備していない。
図5は、図4に示したゲートバイアス端子7およびゲートバイアス端子5に印加する電圧を制御する制御回路の一例を示す図である。
図5に示すように、図3に示したような、ゲートバイアス端子7に印加する電圧を制御する制御回路10に加えて、図4に示したゲートバイアス端子5に印加する電圧を制御する制御回路9がDAC11と接続されている。制御回路9は、反転増幅器14を具備している。反転増幅器14は、CPU12からの設定に基づいて、DAC11に設定された電圧を反転増幅し、マイナス電圧を生成する。生成されたマイナス電圧は、反転増幅器14からゲートバイアス端子5へ出力される。
図6は、図4に示した信号増幅装置における処理を説明するためのフローチャートである。
まず、入力ポート1にRF(Radio Frequency)信号(高周波信号)が入力されていない状態で(ステップS1)、CPU12は、DAC11を用いて、ドレインバイアス端子6に流れるドレイン電流を制御する(ステップS2)。また、CPU12は、DAC11を用いて、ドレインバイアス端子8に流れるドレイン電流を制御する(ステップS3)。変調方式が設定された後(ステップS4)、出力電力を設定した場合(ステップS5)、処理は終了する。
まず、入力ポート1にRF(Radio Frequency)信号(高周波信号)が入力されていない状態で(ステップS1)、CPU12は、DAC11を用いて、ドレインバイアス端子6に流れるドレイン電流を制御する(ステップS2)。また、CPU12は、DAC11を用いて、ドレインバイアス端子8に流れるドレイン電流を制御する(ステップS3)。変調方式が設定された後(ステップS4)、出力電力を設定した場合(ステップS5)、処理は終了する。
図7は、図4に示した信号増幅装置における入力電力と出力電力との関係を示すグラフである。
図8は、図4に示した信号増幅装置における出力電力と消費電流との関係を示すグラフである。
図7および図8に示すように、入力電力の増加に伴い、増幅器3の消費電流はほとんど変化しないが、増幅器4の消費電流が増加する。つまり、入力電力の増加に伴い、増幅器4の消費電力が増加する。増幅器4の消費電力が増加するため、増幅器3の消費電力と増幅器4の消費電力とを加算した装置全体の消費電力も増加する。
ここで、A級増幅回路の動作を行う増幅器3において、入力ポート1から入力された高周波信号は、B級増幅回路の動作を行う増幅器4と比べて、高周波信号が入力されていない状態で設定されたバイアス動作点からの振れ込み量は少ない。その理由は、増幅器4から先に飽和領域になるからである。
増幅器4は、増幅器3で増幅された信号をさらに増幅するため、飽和領域に近い、QPSKでの出力電力の場合、ドレインバイアス端子8に流れるドレイン電流は増加する。図7および図8に示すように消費電力が増加するのは、ドレイン電流が増加するからである。
図8は、図4に示した信号増幅装置における出力電力と消費電流との関係を示すグラフである。
図7および図8に示すように、入力電力の増加に伴い、増幅器3の消費電流はほとんど変化しないが、増幅器4の消費電流が増加する。つまり、入力電力の増加に伴い、増幅器4の消費電力が増加する。増幅器4の消費電力が増加するため、増幅器3の消費電力と増幅器4の消費電力とを加算した装置全体の消費電力も増加する。
ここで、A級増幅回路の動作を行う増幅器3において、入力ポート1から入力された高周波信号は、B級増幅回路の動作を行う増幅器4と比べて、高周波信号が入力されていない状態で設定されたバイアス動作点からの振れ込み量は少ない。その理由は、増幅器4から先に飽和領域になるからである。
増幅器4は、増幅器3で増幅された信号をさらに増幅するため、飽和領域に近い、QPSKでの出力電力の場合、ドレインバイアス端子8に流れるドレイン電流は増加する。図7および図8に示すように消費電力が増加するのは、ドレイン電流が増加するからである。
図9は、図1に示した信号増幅装置における処理を説明するためのフローチャートである。
まず、入力ポート1にRF信号(高周波信号)が入力されていない状態で(ステップS11)、CPU12は、DAC11を用いて、ドレインバイアス端子8に流れるドレイン電流を制御する(ステップS12)。変調方式が設定された後(ステップS13)、出力電力を設定した場合(ステップS14)、処理は終了する。
このように、増幅器4のドレインバイアス端子8に流れる電流を用いて、増幅器3のゲートバイアス端子5へ電圧を印加しているため、CPU12がDAC11を用いてドレインバイアス端子6に流れるドレイン電流を制御する必要はない。これにより、CPU12の負荷が軽減される。
まず、入力ポート1にRF信号(高周波信号)が入力されていない状態で(ステップS11)、CPU12は、DAC11を用いて、ドレインバイアス端子8に流れるドレイン電流を制御する(ステップS12)。変調方式が設定された後(ステップS13)、出力電力を設定した場合(ステップS14)、処理は終了する。
このように、増幅器4のドレインバイアス端子8に流れる電流を用いて、増幅器3のゲートバイアス端子5へ電圧を印加しているため、CPU12がDAC11を用いてドレインバイアス端子6に流れるドレイン電流を制御する必要はない。これにより、CPU12の負荷が軽減される。
図10は、図1に示した出力ポート2から出力される出力電力に対する反転増幅器199の出力電圧および増幅器3のゲートバイアス端子5への印加電圧の関係を示すグラフおよび表である。
図10の上図において、出力ポート2から出力される出力電力に対する反転増幅器199の出力電圧の関係を実線で示している。また、出力ポート2から出力される出力電力に対する増幅器3のゲートバイアス端子5への印加電圧の関係を破線で示している。このグラフは図10の下図の表から作成したものである。
増幅器4のドレイン電流が増加した場合、抵抗器100での電圧降下分は大きくなり、制御回路101に設けられた反転増幅器199の出力電圧は大きくなる。反転増幅器199から出力された電圧は、反転増幅器103により、マイナス電圧として出力される。出力されたマイナス電圧は、増幅器3のゲートバイアス端子5に印加される。なお、図10において、反転増幅器103のオフセット電圧(基準電圧値)を−0.5Vとして計算している。
このように、出力ポート2の出力電力が高いほど、増幅器3のゲートバイアス端子5には、A級動作で設定された電圧よりもマイナス側に大きな電圧が印加され、ドレインバイアス端子6へ電流が流れないように制御される。
図10の上図において、出力ポート2から出力される出力電力に対する反転増幅器199の出力電圧の関係を実線で示している。また、出力ポート2から出力される出力電力に対する増幅器3のゲートバイアス端子5への印加電圧の関係を破線で示している。このグラフは図10の下図の表から作成したものである。
増幅器4のドレイン電流が増加した場合、抵抗器100での電圧降下分は大きくなり、制御回路101に設けられた反転増幅器199の出力電圧は大きくなる。反転増幅器199から出力された電圧は、反転増幅器103により、マイナス電圧として出力される。出力されたマイナス電圧は、増幅器3のゲートバイアス端子5に印加される。なお、図10において、反転増幅器103のオフセット電圧(基準電圧値)を−0.5Vとして計算している。
このように、出力ポート2の出力電力が高いほど、増幅器3のゲートバイアス端子5には、A級動作で設定された電圧よりもマイナス側に大きな電圧が印加され、ドレインバイアス端子6へ電流が流れないように制御される。
図11は、図1に示した信号増幅装置における入力電力と出力電力との関係および図4に示した信号増幅装置における入力電力と出力電力との関係を示すグラフである。図11において、図1に示した信号増幅装置における入力電力と出力電力との関係を実線で示しており、図4に示した信号増幅装置における入力電力と出力電力との関係を破線で示している。
図1に示した信号増幅装置においては、増幅器3にゲート電圧が深くなり、ドレインバイアス端子6に流れる電流が少なくなるため、一般的には増幅器3の利得が下がることとなる。そのため、図11に示すように、入力電力が増加すると、実線で示したものも破線で示したものも出力電力は増加するが、実線で示したものの方が出力電力が少なくなることがわかる。
図12および図13は、図1に示した信号増幅装置における出力電力と消費電流との関係を示すグラフである。
図12に示すように、出力電力に対する増幅器4の消費電流の変化(図12中、破線で示す)は図8に示したものと同じであるが、出力電力がある値を超えると増幅器3の消費電流(図12中、実線で示す)が減少する。そのため、増幅器3の消費電力と増幅器4の消費電力とを加算した値(図12中、一点鎖線で示す)は、図8に示したものよりも少なくなる。結果として、図13に示すように、図1に示した信号増幅装置における出力電力に対する装置全体の消費電力は、図4に示した信号増幅装置における出力電力に対する装置全体の消費電力よりも少なくなる。
図1に示した信号増幅装置においては、増幅器3にゲート電圧が深くなり、ドレインバイアス端子6に流れる電流が少なくなるため、一般的には増幅器3の利得が下がることとなる。そのため、図11に示すように、入力電力が増加すると、実線で示したものも破線で示したものも出力電力は増加するが、実線で示したものの方が出力電力が少なくなることがわかる。
図12および図13は、図1に示した信号増幅装置における出力電力と消費電流との関係を示すグラフである。
図12に示すように、出力電力に対する増幅器4の消費電流の変化(図12中、破線で示す)は図8に示したものと同じであるが、出力電力がある値を超えると増幅器3の消費電流(図12中、実線で示す)が減少する。そのため、増幅器3の消費電力と増幅器4の消費電力とを加算した値(図12中、一点鎖線で示す)は、図8に示したものよりも少なくなる。結果として、図13に示すように、図1に示した信号増幅装置における出力電力に対する装置全体の消費電力は、図4に示した信号増幅装置における出力電力に対する装置全体の消費電力よりも少なくなる。
以上、増幅器が直列2段構成である場合を例に挙げてその動作を説明したが、増幅器が直列4段構成である場合を例に挙げてその動作を以下に説明する。
図14は、本発明の信号増幅装置が4段構成の増幅器を具備した場合の第1の形態を示す図である。
本形態における信号増幅装置は図14に示すように、4つの増幅器3,400−1,400−2,4が直列に接続され、入力ポート1から入力された高周波信号を増幅して出力ポート2から出力する構成となっている。また、増幅器3は、ゲートバイアス端子5およびドレインバイアス端子6と接続している。増幅器3はA級増幅回路である。
増幅器400−1は、増幅器3の1段後段の増幅器である。
増幅器400−2は、増幅器400−1の1段後段の増幅器である。
増幅器4は、増幅器400−2の1段後段の増幅器であり、図1に示したものと同じものである。抵抗器100のドレインバイアス端子8側に接続された制御回路101の出力は、増幅器3のゲートバイアス端子5と接続される。
このように、最後段の最後段増幅器に接続された制御回路が出力した電圧を、最前段の最前段増幅器のゲートバイアス端子に印加する。
本形態における信号増幅装置は図14に示すように、4つの増幅器3,400−1,400−2,4が直列に接続され、入力ポート1から入力された高周波信号を増幅して出力ポート2から出力する構成となっている。また、増幅器3は、ゲートバイアス端子5およびドレインバイアス端子6と接続している。増幅器3はA級増幅回路である。
増幅器400−1は、増幅器3の1段後段の増幅器である。
増幅器400−2は、増幅器400−1の1段後段の増幅器である。
増幅器4は、増幅器400−2の1段後段の増幅器であり、図1に示したものと同じものである。抵抗器100のドレインバイアス端子8側に接続された制御回路101の出力は、増幅器3のゲートバイアス端子5と接続される。
このように、最後段の最後段増幅器に接続された制御回路が出力した電圧を、最前段の最前段増幅器のゲートバイアス端子に印加する。
図15は、本発明の信号増幅装置が4段構成の増幅器を具備した場合の第2の形態を示す図である。
本形態における信号増幅装置は図15に示すように、4つの増幅器3,500−1,500−2,4が直列に接続され、入力ポート1から入力された高周波信号を増幅して出力ポート2から出力する構成となっている。また、増幅器3は、ゲートバイアス端子5およびドレインバイアス端子6と接続している。増幅器3はA級増幅回路である。
増幅器500−1は、増幅器3の1段後段の増幅器である。
増幅器500−2は、増幅器500−1の1段後段の増幅器である。
増幅器4は、増幅器500−2の1段後段の増幅器であり、図1に示したものと同じものである。ドレインバイアス端子8と接続された制御回路101の出力は、増幅器3,500−1,500−2それぞれのゲートバイアス端子5と接続される。
このように、最後段の最後段増幅器に接続された制御回路が出力した電圧を、最後段増幅器以外のすべての増幅器のゲートバイアス端子に印加する。
本形態における信号増幅装置は図15に示すように、4つの増幅器3,500−1,500−2,4が直列に接続され、入力ポート1から入力された高周波信号を増幅して出力ポート2から出力する構成となっている。また、増幅器3は、ゲートバイアス端子5およびドレインバイアス端子6と接続している。増幅器3はA級増幅回路である。
増幅器500−1は、増幅器3の1段後段の増幅器である。
増幅器500−2は、増幅器500−1の1段後段の増幅器である。
増幅器4は、増幅器500−2の1段後段の増幅器であり、図1に示したものと同じものである。ドレインバイアス端子8と接続された制御回路101の出力は、増幅器3,500−1,500−2それぞれのゲートバイアス端子5と接続される。
このように、最後段の最後段増幅器に接続された制御回路が出力した電圧を、最後段増幅器以外のすべての増幅器のゲートバイアス端子に印加する。
図16は、本発明の信号増幅装置が4段構成の増幅器を具備した場合の第3の形態を示す図である。
本形態における信号増幅装置は図16に示すように、4つの増幅器3,4−1〜4−3が直列に接続され、入力ポート1から入力された高周波信号を増幅して出力ポート2から出力する構成となっている。また、増幅器3は、ゲートバイアス端子5−1およびドレインバイアス端子6と接続している。増幅器3はA級増幅回路である。
増幅器4−1は、ゲートバイアス端子5−2およびドレインバイアス端子8−1と接続している。また、増幅器4−1とドレインバイアス端子8−1との間にバイアス抵抗となる抵抗器100−1が接続されている。この抵抗器100−1は、ドレインバイアス端子8−1から印加されたドレイン電圧を降下する役割を持つ。さらに、ドレインバイアス端子8−1に、制御回路101−1が接続されている。制御回路101−1の出力は、ゲートバイアス端子5−1と接続される。
増幅器4−2は、ゲートバイアス端子5−3およびドレインバイアス端子8−2と接続している。また、増幅器4−2とドレインバイアス端子8−2との間にバイアス抵抗となる抵抗器100−2が接続されている。この抵抗器100−2は、ドレインバイアス端子8−2から印加されたドレイン電圧を降下する役割を持つ。さらに、ドレインバイアス端子8−2に、制御回路101−2が接続されている。制御回路101−2の出力は、ゲートバイアス端子5−2と接続される。
増幅器4−3は、ゲートバイアス端子7およびドレインバイアス端子8−3と接続している。また、増幅器4−3とドレインバイアス端子8−3との間にバイアス抵抗となる抵抗器100−3が接続されている。この抵抗器100−3は、ドレインバイアス端子8−3から印加されたドレイン電圧を降下する役割を持つ。さらに、ドレインバイアス端子8−3に、制御回路101−3が接続されている。制御回路101−3の出力は、ゲートバイアス端子5−3と接続される。増幅器4−3はB級増幅回路またはAB級増幅回路である。増幅器3,4−1〜4−3は、電界効果トランジスタ(FET)であっても良い。
制御回路101−1〜101−3の内部構成は、図2に示した構成と同じである。
このように、制御回路が出力した電圧を、当該制御回路と接続されたドレインバイアス端子の増幅器の1段前段の増幅器のゲートバイアス端子に印加する。
本形態における信号増幅装置は図16に示すように、4つの増幅器3,4−1〜4−3が直列に接続され、入力ポート1から入力された高周波信号を増幅して出力ポート2から出力する構成となっている。また、増幅器3は、ゲートバイアス端子5−1およびドレインバイアス端子6と接続している。増幅器3はA級増幅回路である。
増幅器4−1は、ゲートバイアス端子5−2およびドレインバイアス端子8−1と接続している。また、増幅器4−1とドレインバイアス端子8−1との間にバイアス抵抗となる抵抗器100−1が接続されている。この抵抗器100−1は、ドレインバイアス端子8−1から印加されたドレイン電圧を降下する役割を持つ。さらに、ドレインバイアス端子8−1に、制御回路101−1が接続されている。制御回路101−1の出力は、ゲートバイアス端子5−1と接続される。
増幅器4−2は、ゲートバイアス端子5−3およびドレインバイアス端子8−2と接続している。また、増幅器4−2とドレインバイアス端子8−2との間にバイアス抵抗となる抵抗器100−2が接続されている。この抵抗器100−2は、ドレインバイアス端子8−2から印加されたドレイン電圧を降下する役割を持つ。さらに、ドレインバイアス端子8−2に、制御回路101−2が接続されている。制御回路101−2の出力は、ゲートバイアス端子5−2と接続される。
増幅器4−3は、ゲートバイアス端子7およびドレインバイアス端子8−3と接続している。また、増幅器4−3とドレインバイアス端子8−3との間にバイアス抵抗となる抵抗器100−3が接続されている。この抵抗器100−3は、ドレインバイアス端子8−3から印加されたドレイン電圧を降下する役割を持つ。さらに、ドレインバイアス端子8−3に、制御回路101−3が接続されている。制御回路101−3の出力は、ゲートバイアス端子5−3と接続される。増幅器4−3はB級増幅回路またはAB級増幅回路である。増幅器3,4−1〜4−3は、電界効果トランジスタ(FET)であっても良い。
制御回路101−1〜101−3の内部構成は、図2に示した構成と同じである。
このように、制御回路が出力した電圧を、当該制御回路と接続されたドレインバイアス端子の増幅器の1段前段の増幅器のゲートバイアス端子に印加する。
図4に示した一般的な信号増幅装置の構成を用いて、制御方式を変更することで、上述した本発明の効果を得ることもできる。
図17は、図4に示した一般的な信号増幅装置の構成を用いて、制御方式を変更した場合の処理の一例を説明するためのフローチャートである。
まず、入力ポート1にRF信号(高周波信号)が入力されていない状態で(ステップS21)、CPU12は、DAC11を用いて、ドレインバイアス端子6に流れるドレイン電流を制御する(ステップS22)。また、CPU12は、DAC11を用いて、ドレインバイアス端子8に流れるドレイン電流を制御する(ステップS23)。変調方式が設定された後(ステップS24)、出力電力を設定した場合(ステップS25)、設定された変調方式および出力電力に応じて、CPU12が、CPU12内のメモリに設定された値を用いてDAC11を制御し、ゲートバイアス端子5への印加電圧を可変する(ステップS26)。これにより、CPU12は、増幅器3に流れるドレイン電流を制御する。
図17は、図4に示した一般的な信号増幅装置の構成を用いて、制御方式を変更した場合の処理の一例を説明するためのフローチャートである。
まず、入力ポート1にRF信号(高周波信号)が入力されていない状態で(ステップS21)、CPU12は、DAC11を用いて、ドレインバイアス端子6に流れるドレイン電流を制御する(ステップS22)。また、CPU12は、DAC11を用いて、ドレインバイアス端子8に流れるドレイン電流を制御する(ステップS23)。変調方式が設定された後(ステップS24)、出力電力を設定した場合(ステップS25)、設定された変調方式および出力電力に応じて、CPU12が、CPU12内のメモリに設定された値を用いてDAC11を制御し、ゲートバイアス端子5への印加電圧を可変する(ステップS26)。これにより、CPU12は、増幅器3に流れるドレイン電流を制御する。
図18は、図1に示した制御回路101の変形例を示す図である。
図18に示すように、制御回路101は、3つの反転増幅器199,103,303と、トランジスタ304とを具備している。
反転増幅器199,103は図2に示したものと同じものである。反転増幅器303は、反転増幅器103が用いる基準電圧値の極性を反転させた電圧値を用いて、反転増幅器199が出力した電圧を反転増幅して出力する第3の反転増幅器である。
トランジスタ304は、端子302に印加される所定の電圧値を用いて駆動する。
このような構成により、反転増幅器103が出力した電圧は、ゲートバイアス端子5に印加される。また、反転増幅器303が出力した電圧は、トランジスタ304を介してドレインバイアス端子6に印加される。
図18に示すように、制御回路101は、3つの反転増幅器199,103,303と、トランジスタ304とを具備している。
反転増幅器199,103は図2に示したものと同じものである。反転増幅器303は、反転増幅器103が用いる基準電圧値の極性を反転させた電圧値を用いて、反転増幅器199が出力した電圧を反転増幅して出力する第3の反転増幅器である。
トランジスタ304は、端子302に印加される所定の電圧値を用いて駆動する。
このような構成により、反転増幅器103が出力した電圧は、ゲートバイアス端子5に印加される。また、反転増幅器303が出力した電圧は、トランジスタ304を介してドレインバイアス端子6に印加される。
図19は、図1に示した出力ポート2から出力される出力電力に対する反転増幅器199の出力電圧、増幅器3のゲートバイアス端子5への印加電圧および増幅器3のドレインバイアス端子6への印加電圧の関係を示す表である。
図19に示すように、出力電力に応じて、増幅器3のゲートバイアス端子5への印加電圧に加えて、増幅器3のドレインバイアス端子6への印加電圧も変化する。このように、増幅器3のドレイン電圧を変更することでも消費電力の低減を実現することができる。
図19に示すように、出力電力に応じて、増幅器3のゲートバイアス端子5への印加電圧に加えて、増幅器3のドレインバイアス端子6への印加電圧も変化する。このように、増幅器3のドレイン電圧を変更することでも消費電力の低減を実現することができる。
図20は、本発明の信号増幅装置の他の実施の形態を示す図である。
本形態における信号増幅装置は図20に示すように、複数の増幅器3,4が直列に接続され、入力ポート1から入力された高周波信号を増幅して出力ポート2から出力する構成となっている。また、増幅器3は、ゲートバイアス端子5およびドレインバイアス端子6と接続している。また、増幅器4は、ゲートバイアス端子7およびドレインバイアス端子8と接続している。増幅器3はA級増幅回路であり、増幅器4はB級増幅回路またはAB級増幅回路である。増幅器3,4は、電界効果トランジスタ(FET)であっても良い。また、増幅器4とゲートバイアス端子7との間にバイアス抵抗となる抵抗器200が接続されている。この抵抗器200は、ゲートバイアス端子7から印加されたゲート電圧を降下する役割を持つ。さらに、抵抗器200の両端に、制御回路201が接続されている。制御回路201の出力は、ゲートバイアス端子5と接続される。制御回路201は、抵抗器200の電圧降下を所望の電圧へ変換し、変換した電圧を増幅器3のゲートバイアス端子5へ印加する。
本形態は、増幅器4は飽和領域に近くで動作する場合、ゲートバイアス端子7へ電流が流れ込む(もしくは、流れ出る)ため、モニタする抵抗器200を用いて、抵抗器200の電圧降下を制御回路201を用いて所望の電圧へ変換し、増幅器3のゲートバイアス端子5へ印加する方法である。
本形態における信号増幅装置は図20に示すように、複数の増幅器3,4が直列に接続され、入力ポート1から入力された高周波信号を増幅して出力ポート2から出力する構成となっている。また、増幅器3は、ゲートバイアス端子5およびドレインバイアス端子6と接続している。また、増幅器4は、ゲートバイアス端子7およびドレインバイアス端子8と接続している。増幅器3はA級増幅回路であり、増幅器4はB級増幅回路またはAB級増幅回路である。増幅器3,4は、電界効果トランジスタ(FET)であっても良い。また、増幅器4とゲートバイアス端子7との間にバイアス抵抗となる抵抗器200が接続されている。この抵抗器200は、ゲートバイアス端子7から印加されたゲート電圧を降下する役割を持つ。さらに、抵抗器200の両端に、制御回路201が接続されている。制御回路201の出力は、ゲートバイアス端子5と接続される。制御回路201は、抵抗器200の電圧降下を所望の電圧へ変換し、変換した電圧を増幅器3のゲートバイアス端子5へ印加する。
本形態は、増幅器4は飽和領域に近くで動作する場合、ゲートバイアス端子7へ電流が流れ込む(もしくは、流れ出る)ため、モニタする抵抗器200を用いて、抵抗器200の電圧降下を制御回路201を用いて所望の電圧へ変換し、増幅器3のゲートバイアス端子5へ印加する方法である。
以上説明したように、本発明は、所望の歪成分・出力電力に応じて、消費電力を削減することができる装置である。複数の増幅器が直列に接続された構成において、前段の増幅器の歪成分が寄与しない場合、例えば、通信機器において高多値でない場合、前段の増幅器の消費電力を抑制することで、装置全体の消費電力を削減することができる。また、本発明では、簡単な制御回路を用いることで、CPUを用いた複雑な計算が不要な制御で低消費電力回路を提供することが可能である。
上記の実施の形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。
(付記1)直列に接続された複数の増幅器と、
前記複数の増幅器のうち、最後段の最後段増幅器のドレインバイアス端子と該最後段増幅器との間に接続された抵抗器と、
前記ドレインバイアス端子の電圧を反転増幅して出力する第1の反転増幅器と、
所定の基準電圧値を用いて、前記第1の反転増幅器が出力した電圧を反転増幅して出力する第2の反転増幅器とを有し、
前記第2の反転増幅器が出力した電圧を、前記複数の増幅器のうち、最前段の最前段増幅器のゲートバイアス端子に印加する信号増幅装置。
(付記2)前記第2の反転増幅器が出力した電圧を、前記複数の増幅器のうち、前記最後段増幅器以外のすべての増幅器のゲートバイアス端子に印加する、付記1に記載の信号増幅装置。
(付記3)直列に接続された複数の増幅器と、
前記複数の増幅器のうち、最前段の最前段増幅器以外の増幅器それぞれのドレインバイアス端子と該増幅器との間にそれぞれ接続された複数の抵抗器と、
前記複数の増幅器のドレインバイアス端子とそれぞれ接続された複数の制御回路とを有し、
前記複数の制御回路それぞれは、
前記ドレインバイアス端子の電圧を反転増幅して出力する第1の反転増幅器と、
所定の基準電圧値を用いて、前記第1の反転増幅器が出力した電圧を反転増幅して出力する第2の反転増幅器とを具備し、
前記第2の反転増幅器が出力した電圧を、該電圧を出力した第2の反復増幅器が具備される制御回路と接続されたドレインバイアス端子の増幅器の1段前段の増幅器のゲートバイアス端子に印加する信号増幅装置。
(付記4)前記基準電圧値の極性を反転させた電圧値を用いて、前記第1の反転増幅器が出力した電圧を反転増幅して出力する第3の反転増幅器と、
トランジスタとを具備し、
前記第3の反転増幅器が前記トランジスタを介して出力した電圧を、前記複数の増幅器のうち、最前段の最前段増幅器のドレインバイアス端子に印加する、付記1に記載の信号増幅装置。
(付記5)前記基準電圧値の極性を反転させた電圧値を用いて、前記第1の反転増幅器が出力した電圧を反転増幅して出力する第3の反転増幅器と、
トランジスタとを具備し、
前記第3の反転増幅器が前記トランジスタを介して出力した電圧を、前記複数の増幅器のうち、前記最後段増幅器以外のすべての増幅器のドレインバイアス端子に印加する、付記2に記載の信号増幅装置。
(付記6)前記制御回路は、
前記基準電圧値の極性を反転させた電圧値を用いて、前記第1の反転増幅器が出力した電圧を反転増幅して出力する第3の反転増幅器と、
トランジスタとを具備し、
前記第3の反転増幅器が前記トランジスタを介して出力した電圧を、該電圧を出力した第3の反転増幅器が具備される制御回路と接続されたドレインバイアス端子の増幅器の1段前段の増幅器のドレインバイアス端子に印加する、付記3に記載の信号増幅装置。
(付記7)前記複数の増幅器のうち最前段の最前段増幅器はA級増幅回路であり、前記複数の増幅器のうち最後段の最後段増幅器はB級増幅回路またはAB級増幅回路である、付記1から6のいずれか1項に記載の信号増幅装置。
(付記8)前記基準電圧値は、−0.5Vである、付記1から7のいずれか1項に記載の信号増幅装置。
(付記9)前記増幅器は、電界効果トランジスタである、付記1から8のいずれか1項に記載の信号増幅装置。
(付記1)直列に接続された複数の増幅器と、
前記複数の増幅器のうち、最後段の最後段増幅器のドレインバイアス端子と該最後段増幅器との間に接続された抵抗器と、
前記ドレインバイアス端子の電圧を反転増幅して出力する第1の反転増幅器と、
所定の基準電圧値を用いて、前記第1の反転増幅器が出力した電圧を反転増幅して出力する第2の反転増幅器とを有し、
前記第2の反転増幅器が出力した電圧を、前記複数の増幅器のうち、最前段の最前段増幅器のゲートバイアス端子に印加する信号増幅装置。
(付記2)前記第2の反転増幅器が出力した電圧を、前記複数の増幅器のうち、前記最後段増幅器以外のすべての増幅器のゲートバイアス端子に印加する、付記1に記載の信号増幅装置。
(付記3)直列に接続された複数の増幅器と、
前記複数の増幅器のうち、最前段の最前段増幅器以外の増幅器それぞれのドレインバイアス端子と該増幅器との間にそれぞれ接続された複数の抵抗器と、
前記複数の増幅器のドレインバイアス端子とそれぞれ接続された複数の制御回路とを有し、
前記複数の制御回路それぞれは、
前記ドレインバイアス端子の電圧を反転増幅して出力する第1の反転増幅器と、
所定の基準電圧値を用いて、前記第1の反転増幅器が出力した電圧を反転増幅して出力する第2の反転増幅器とを具備し、
前記第2の反転増幅器が出力した電圧を、該電圧を出力した第2の反復増幅器が具備される制御回路と接続されたドレインバイアス端子の増幅器の1段前段の増幅器のゲートバイアス端子に印加する信号増幅装置。
(付記4)前記基準電圧値の極性を反転させた電圧値を用いて、前記第1の反転増幅器が出力した電圧を反転増幅して出力する第3の反転増幅器と、
トランジスタとを具備し、
前記第3の反転増幅器が前記トランジスタを介して出力した電圧を、前記複数の増幅器のうち、最前段の最前段増幅器のドレインバイアス端子に印加する、付記1に記載の信号増幅装置。
(付記5)前記基準電圧値の極性を反転させた電圧値を用いて、前記第1の反転増幅器が出力した電圧を反転増幅して出力する第3の反転増幅器と、
トランジスタとを具備し、
前記第3の反転増幅器が前記トランジスタを介して出力した電圧を、前記複数の増幅器のうち、前記最後段増幅器以外のすべての増幅器のドレインバイアス端子に印加する、付記2に記載の信号増幅装置。
(付記6)前記制御回路は、
前記基準電圧値の極性を反転させた電圧値を用いて、前記第1の反転増幅器が出力した電圧を反転増幅して出力する第3の反転増幅器と、
トランジスタとを具備し、
前記第3の反転増幅器が前記トランジスタを介して出力した電圧を、該電圧を出力した第3の反転増幅器が具備される制御回路と接続されたドレインバイアス端子の増幅器の1段前段の増幅器のドレインバイアス端子に印加する、付記3に記載の信号増幅装置。
(付記7)前記複数の増幅器のうち最前段の最前段増幅器はA級増幅回路であり、前記複数の増幅器のうち最後段の最後段増幅器はB級増幅回路またはAB級増幅回路である、付記1から6のいずれか1項に記載の信号増幅装置。
(付記8)前記基準電圧値は、−0.5Vである、付記1から7のいずれか1項に記載の信号増幅装置。
(付記9)前記増幅器は、電界効果トランジスタである、付記1から8のいずれか1項に記載の信号増幅装置。
1 入力ポート
2 出力ポート
3,4,4−1〜4−3,400−1,400−2,500−1,500−2 増幅器
5,5−1〜5−3,7 ゲートバイアス端子
6,8,8−1〜8−3 ドレインバイアス端子
9,10,101,101−1〜101−3,201 制御回路
11 DAC
12 CPU
13,14,103,199,303 反転増幅器
100,100−1〜100−3,200 抵抗器
302 端子
304 トランジスタ
2 出力ポート
3,4,4−1〜4−3,400−1,400−2,500−1,500−2 増幅器
5,5−1〜5−3,7 ゲートバイアス端子
6,8,8−1〜8−3 ドレインバイアス端子
9,10,101,101−1〜101−3,201 制御回路
11 DAC
12 CPU
13,14,103,199,303 反転増幅器
100,100−1〜100−3,200 抵抗器
302 端子
304 トランジスタ
Claims (9)
- 直列に接続された複数の増幅器と、
前記複数の増幅器のうち、最後段の最後段増幅器のドレインバイアス端子と該最後段増幅器との間に接続された抵抗器と、
前記ドレインバイアス端子の電圧を反転増幅して出力する第1の反転増幅器と、
所定の基準電圧値を用いて、前記第1の反転増幅器が出力した電圧を反転増幅して出力する第2の反転増幅器とを有し、
前記第2の反転増幅器が出力した電圧を、前記複数の増幅器のうち、最前段の最前段増幅器のゲートバイアス端子に印加する信号増幅装置。 - 請求項1に記載の信号増幅装置において、
前記第2の反転増幅器が出力した電圧を、前記複数の増幅器のうち、前記最後段増幅器以外のすべての増幅器のゲートバイアス端子に印加する信号増幅装置。 - 直列に接続された複数の増幅器と、
前記複数の増幅器のうち、最前段の最前段増幅器以外の増幅器それぞれのドレインバイアス端子と該増幅器との間にそれぞれ接続された複数の抵抗器と、
前記複数の増幅器のドレインバイアス端子とそれぞれ接続された複数の制御回路とを有し、
前記複数の制御回路それぞれは、
前記ドレインバイアス端子の電圧を反転増幅して出力する第1の反転増幅器と、
所定の基準電圧値を用いて、前記第1の反転増幅器が出力した電圧を反転増幅して出力する第2の反転増幅器とを具備し、
前記第2の反転増幅器が出力した電圧を、該電圧を出力した第2の反復増幅器が具備される制御回路と接続されたドレインバイアス端子の増幅器の1段前段の増幅器のゲートバイアス端子に印加する信号増幅装置。 - 請求項1に記載の信号増幅装置において、
前記基準電圧値の極性を反転させた電圧値を用いて、前記第1の反転増幅器が出力した電圧を反転増幅して出力する第3の反転増幅器と、
トランジスタとを具備し、
前記第3の反転増幅器が前記トランジスタを介して出力した電圧を、前記複数の増幅器のうち、最前段の最前段増幅器のドレインバイアス端子に印加する信号増幅装置。 - 請求項2に記載の信号増幅装置において、
前記基準電圧値の極性を反転させた電圧値を用いて、前記第1の反転増幅器が出力した電圧を反転増幅して出力する第3の反転増幅器と、
トランジスタとを具備し、
前記第3の反転増幅器が前記トランジスタを介して出力した電圧を、前記複数の増幅器のうち、前記最後段増幅器以外のすべての増幅器のドレインバイアス端子に印加する信号増幅装置。 - 請求項3に記載の信号増幅装置において、
前記制御回路は、
前記基準電圧値の極性を反転させた電圧値を用いて、前記第1の反転増幅器が出力した電圧を反転増幅して出力する第3の反転増幅器と、
トランジスタとを具備し、
前記第3の反転増幅器が前記トランジスタを介して出力した電圧を、該電圧を出力した第3の反転増幅器が具備される制御回路と接続されたドレインバイアス端子の増幅器の1段前段の増幅器のドレインバイアス端子に印加する信号増幅装置。 - 請求項1から6のいずれか1項に記載の信号増幅装置において、
前記複数の増幅器のうち最前段の最前段増幅器はA級増幅回路であり、前記複数の増幅器のうち最後段の最後段増幅器はB級増幅回路またはAB級増幅回路である信号増幅装置。 - 請求項1から7のいずれか1項に記載の信号増幅装置において、
前記基準電圧値は、−0.5Vである信号増幅装置。 - 請求項1から8のいずれか1項に記載の信号増幅装置において、
前記増幅器は、電界効果トランジスタである信号増幅装置。
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