JP3361582B2 - 交流信号処理回路を具える装置 - Google Patents

交流信号処理回路を具える装置

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JP3361582B2
JP3361582B2 JP27553293A JP27553293A JP3361582B2 JP 3361582 B2 JP3361582 B2 JP 3361582B2 JP 27553293 A JP27553293 A JP 27553293A JP 27553293 A JP27553293 A JP 27553293A JP 3361582 B2 JP3361582 B2 JP 3361582B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、交流信号処理回路を具
える装置であって、この交流信号処理回路が第１能動素
子を有する第１段を具え、第１能動素子がその第１主電
極と第２主電極との間に印加される第１バイアス電圧及
び、前記能動素子の制御電極と第２主電極との間に印加
される第２バイアス電圧によりバイアスされ、前記制御
電極が交流信号も受信し、前記第１能動素子は、作動時
に通常制御電極にバイアス電流が流れないタイプのもの
とする交流信号処理回路を具える装置に関するものであ
る。本発明は特にユーザが携帯できる電気通信装置の分
野に対する極めて高い周波数領域にて作動する半導体回
路の実現に適用することができる。
【０００２】
【従来の技術】電界効果トランジスタを具えている電力
増幅器は米国特許第５，０４１，７９６号から既知であ
る。この増幅段は広帯域増幅器を形成するためのもので
ある。このために増幅器の電界トランジスタの活性層を
当業者に周知のトランジスタの活性層とは変更してい
る。この変更活性層は、トランジスタの表面に近づくに
つれてキャリアの濃度が弱くなり、表面からの距離が大
きくなるにつれてキャリア濃度が強くなるドーピング特
性を呈するものである。上記トランジスタはバイアス回
路と一緒に用いられ、このバイアス回路はゲートと接地
点との間に挿入した１０ｋΩの抵抗ＲＧ及びゲートとド
レインとの間に直列に挿入した３００Ωの抵抗Ｒf と５
０ｐＦのコンデンサＣf を具えており、負荷をドレイン
と３Ｖの正の直流電源との間に接続したインダクタで構
成し、且つトランジスタのソースを直接接地している。
従って、上記トランジスタはゲート・ソースの電位差の
関数として一定の相互コンダンクタンスを呈する特性を
有するが、このトランジスタは＋３Ｖの直流電源の電圧
値とは異なる値の直流電位を発生させて、この電力増幅
器と一緒に集積回路の様々な他の段を直流バイアスする
のには用いられない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】これまでの技術的な問
題は、小形の携帯装置、又はユーザ向けのあまり高価で
ない装置の集積半導体回路に直流電力を供給することを
望む場合に生じていた。こうした装置では、それ用の直
流電源を１つだけとし、例えばそれを３Ｖのバッテリと
し、しかも電界効果トランジスタを具えている段を作動
させるのに必要な第２の負の直流電圧を集積回路そのも
のに発生させるのが望ましい。＋３Ｖの直流供給電圧か
ら負の直流電圧を発生させるのにインバータを用いるこ
とは当業者に既知である。このインバータ段は直流電圧
をサンプリングして、振幅が０と＋３Ｖとの間の方形波
状の高周波交流信号を発生する。このサンプリングした
信号に応答して、インバータ段の端部に設けた第２シフ
ト段が、＋３Ｖのレベルを大地電位に相当させ、以前０
であったレベルを−３Ｖの電圧とすることにより振幅が
０〜３Ｖの交流信号にシフトさせる。こうして発生され
る０〜−３Ｖのサンプル信号は−３Ｖの負の直流電圧を
発生させることができる。しかし、このサンプル信号は
極めて急峻な縁部を有し、しかも実際上サンプリング周
波数のあらゆる倍数の高周波信号を発生する。このため
に、高周波及び極めて高い周波数でのこうした非常に厄
介な高周波をなくすために斯かる負電圧発生回路には構
成が極めて精巧、即ち複雑で高価なフィルタを追加する
必要がある。
【０００４】一般に、第１直流供給電圧の極性とは反対
の極性又は第１直流供給電圧とは異なる値の第２電圧を
高周波又は極めて高い周波数の集積回路にて発生させる
のは大いに問題があり、この問題には回路が膨大に増え
ることが含まれる。実際上、集積回路では回路の各段の
トランジスタをバイアスするのに極性が反対の２つの直
流電圧を必要とすることがよくある。極めて高周波の回
路を電気通信に適用する特定の分野では、携帯式のユー
ザ装置が増々出現しており、こうした装置はコンパクト
化、即ち素子数をできるだけ少なくして作る必要があ
り、高信頼度で、高価でなく、とりわけ簡単、即ち直流
電源用の単一入力端子を有する単一バッテリで作動する
も、構成が複雑で費用のかかる回路程ではなくても良好
な性能で動作するものとする必要がある。本発明の目的
は上述したような問題点を解決し得るように適切に構成
配置した冒頭にて述べた種類の交流信号処理回路を具え
る装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、交流信号処理
回路を具える装置であって、この交流信号処理回路が第
１能動素子を有する第１段を具え、第１能動素子がその
第１主電極と第２主電極との間に印加される第１バイア
ス電圧及び、前記能動素子の制御電極と第２主電極との
間に印加される第２バイアス電圧によりバイアスされ、
前記制御電極が交流信号も受信し、前記第１能動素子
は、作動時に通常制御電極にバイアス電流が流れないタ
イプのものとする交流信号処理回路を具える装置におい
て、前記能動素子の制御電極と第２主電極との間の整流
特性を活性化させるのに十分有力な交流信号を前記能動
素子の制御電極に印加することにより、前記能動素子の
制御電極と第２主電極とに結合させた抵抗の両端間に前
記第２直流バイアス電圧を発生させるようにしたことを
特徴とする。
【０００６】上記本発明による装置によれば、限定数の
回路部品を含む単一段にて第２直流電圧を発生させるこ
とができるという利点があり、さらに、第２の負の直流
電圧を発生させるのに役に立つ交流信号を除去するため
に使用するのが望ましいフィルタは高価で精巧なもので
なく、簡単で安価なフィルタとすることができる。
【０００７】本発明の好適例では、前記能動素子の制御
電極に供給すべき交流電力信号を発生する発生器そのも
のを前記回路の動作周波交流信号を発生する発生器とす
る。
【０００８】この場合、回路そのものの入力端子に供給
される斯かる動作周波信号は前記第１直流供給電圧が供
給される第１段の能動素子を飽和させる。そうすること
により、動作周波信号は確実に変化するも、第１段の出
力信号は基本周波数そのもので、高調波だけが厄介であ
るが、こうした高調波は動作周波帯域内には位置してい
ないので、後のフィルタ処理により簡単に除去すること
ができる。
【０００９】本発明の他の好適例では、前記能動素子の
制御電極に供給すべき交流電力信号の発生器を補助の発
生器とする。
【００１０】この場合にも簡単で、しかもあまり高価で
ないフィルタを用いて、周波数の観点から多少煩わしい
補助発生器からの信号を除去することができる。この変
形例の他の利点は動作周波信号の電力レベルを任意とす
ることができ、しかも可変レベルとすることもできる点
にある。これに対し、前記最初の例では動作周波信号の
電力レベルは一定とする必要があり、後者の場合の利点
は使用が簡単である点にある。いずれの場合にも回路は
その構成が簡単で、しかも信頼できるものであり、扱い
易く、費用もかからず、携帯可能な種々の装置に適用す
ることができる。厄介な高調波は簡単に除去できるた
め、回路の品質は従来のものよりも優れたものとなる。
【００１１】
【実施例】以下図１Ａか、図１Ｂのいずれか一方を参照
して第１段と称するバイアス段、即ち負の直流電圧発生
器を具えている回路につき説明するが、本発明はこれら
の例のみに限定されるものではない。上記第１段には回
路の外部に位置する手段により発生されて、第１端子Ｖ
DDに供給される＋３Ｖの正の直流電圧も供給する。斯か
る第１段は第１能動素子、例えば本来パワートランジス
タとするトランジスタＴを具えている。このトランジス
タそのものは、そのゲートＧと第２端子Ｖ SS（ここでは
接地点）との間に挿入した抵抗値が大きい抵抗Ｒにより
直流電圧＋ＶDDに対してバイアスされる。トランジスタ
ＴのドレインＤは負荷Ｌを経て正の直流電力が供給され
る端子ＶDDに接続され、ソースＳは接地用の第２端子Ｖ
SSに直接接続されている。ドレイン負荷Ｌは例えば抵抗
とすることができるが、回路が高周波又は極めて高い周
波数の信号を処理する場合には、負荷としてインダクタ
を用いるのが好適である。このような誘導性負荷Ｌはド
レインＤと正の直流電源ＶDDとの間に電圧差を引き起こ
さないため、この正の直流電圧がトランジスタＴのドレ
インＤに完全に供給されるので有利である。従って、こ
のような誘導性負荷を用いる場合には、トランジスタＴ
のドレイン電圧も＋３Ｖの直流電圧となる。
【００１２】一方、交流モードでの作動の場合に、純粋
な誘導性負荷ＬはトランジスタＴのドレインＤにおける
出力を点Ｏに隔離する。従って、パワートランジスタＴ
は、そのドレインが多少低めの直流電圧に接続されてい
る場合（抵抗性負荷に接続されている場合）よりも大き
な電力を発生させることができ、これはトランジスタＴ
の端子に＋３Ｖの電圧が減衰されずに与えられるからで
ある。
【００１３】上記第１段は直流電源ＶDDを減結合するコ
ンデンサＣも具えており、これは給電ライン＋ＶDDと接
地点との間に接続する。このコンデンサは特に、＋３Ｖ
の直流電圧ＶDDが長い導線により第１段に供給される場
合、即ち＋３Ｖの電圧を供給する給電手段が第１段から
離れている場合に有効である。従って、コンデンサＣは
交流モードにて誘導性負荷Ｌを良好に短絡させる。
【００１４】図１に示した段の動作を以下図２を参照し
て説明する。図２における破線曲線Ａは、パワートラン
ジスタＴを具えている上述したような段が点Ｅに供給さ
れる低電力レベルの交流信号ＶINだけを受信する場合
に、ゲート・ソース電圧Ｖに対してプロットしたゲート
電流ＩG の特性を示す。曲線Ａから明らかなように、こ
の場合にはゲートに漏れ電流が生ぜず、即ちゲート電流
ＩG は例えばＰＡ（ピコアンペア）のオーダであり、ほ
ぼ０である。トランジスタＴのゲートとソースとの間に
接続する抵抗Ｒの抵抗値を１０ｋΩ程度のものとする場
合、この抵抗Ｒの両端間の電位差は１０-7Ｖのオーダと
なり、これは、全く無視することができる。しかし、図
１の例でコンデンサＣ1 により直流分離されるトランジ
スタＴのゲートに通じる接続点１に有力な交流信号ＶIN
が供給される場合には、ＶGSに対してプロットしたＩG
特性は図２に実線曲線Ｂにて示したようになる。これか
ら明らかなように、ゲートＧにはゼロでない電流ＩG が
現れる。信号ＶINの電力レベルが高く、パワフルで、ト
ランジスタＴが飽和する場合にゲート電流が発生し始め
る。信号ＶINの電力レベルが上昇するにつれてゲート電
流ＩG は大きくなる。この場合、ゲート電流は容易に１
０μＡ程度の値になり得る。従って、図１Ａ及び図１Ｂ
に示した段の接地点と接地点２との間の負の電位差がパ
ワフルな抵抗Ｒの両端間に現れる。接地点２はバイアス
点と称される。Ｒ＝１０ｋΩとする場合、バイアス点２
の負の直流電圧ＶG はＶG ＝−１Ｖのオーダとなり得
る。
【００１５】このようにしてバイアス点２と大地との間
にタップされる負電圧は図３に示したような高周波又は
極めて高い周波数の集積回路を形成するつぎの各段のト
ランジスタのゲートをバイアスするのに用いることがで
きる。直流供給電圧ＶDDの極性とは反対の極性の電圧Ｖ
G を有すると共に電力信号を圧縮する電力発生段のこと
を以後バイアス回路と称する。
【００１６】図１Ａはバイアス段用の回路の一例を示
し、この場合には交流電力信号ＶINを補助の発生器１０
により発生させる。この補助発生器１０はバイアス回路
の動作周波信号の周波数に比べて低い周波数の交流信号
を発生し、斯かる動作周波信号を以後ＶRFと称する。
【００１７】斯様な構成の回路の場合、補助信号ＶINの
周波数は回路の入力端子Ｅに供給される動作周波信号と
称する有効信号ＶRFの周波数と難なく混信する。この場
合、補助信号は負電圧発生器であるバアイス段の一端に
接続する簡単なフィルタ段でろ波することにより除去さ
れる。このフィルタ段は、この目的に適うように構成さ
れる当業者にとって既知の簡単なフィルタとすることが
できるので、これについての説明は省略する。補助信号
ＶINに対して斯様な構成とする利点は、有効信号ＶRFの
電力レベルを任意とすることができ、このレベルを低く
したり、一定としたり、又は可変とすることができる点
にある。バイアス段を作動させるための条件は、パワー
トランジスタＴを有効信号ＶRFの周波数とは異なる周波
数、好ましくはそれよりも低い周波数の補助信号ＶINで
飽和させることができるようにすることだけであり、低
い周波数を選定するのが好適な理由は発生させ易いから
である。
【００１８】図１Ｂはバイアス段の他の例を示し、この
場合の交流電力信号は、パワートランジスタＴを飽和さ
せることのできる有効信号ＶRFだけとする。この場合に
も有効周波数の交流信号ＶRFがトランジスタＴのドレイ
ンＤに完全に供給されるが、この信号は高調波による影
響を受ける。有効周波数以上の周波数を有するこうした
高調波は簡単なフィルタにより容易に除去され、又この
ようなフィルタはこの目的に適うように構成される当業
者にも既知のものとすることができる。従って、このフ
ィルタについての説明も省略する。
【００１９】図１Ａ及び図１Ｂにつき説明した回路の変
形例を図１Ｃに示してあり、この例では供給電圧とは異
なる値で、しかも低レベル、即ちこの場合にはかなり負
の直流電圧を発生させることができる。
【００２０】図１Ｃに示した回路は実際には図１Ａに示
した回路と同じであり、又この回路は図１Ｂに示した回
路とも同じように機能する。図１Ｃの回路と図１Ａの回
路との本質的な差異は、第１端子ＶDDの電位を正の直流
電圧とする代わりに大地電位とし、且つ第２端子ＶSSの
電圧を大地電位の代わりに例えば-3V のような負の直流
電圧とすることにある。図１Ｃに示した回路は図１Ａ及
び図１Ｂに示した回路と同じように作動し、抵抗Ｒの両
端間の電位差は−１Ｖであり、即ち接続点２には−４Ｖ
の電圧が供給される。
【００２１】図３は本発明によるバイアス段、特に図１
Ａ又は図１Ｂのバイアス段によって発生される負電圧Ｖ
G を有利に用いることができる集積回路の例を示す。
【００２２】図３に示した回路は２段の集積回路を表わ
し、その内の第１段はパワートランジスタＴを具えてい
るバイアス段であり、このトランジスタＴのソースはイ
ンダクタンスＬ2 を経て接地し、ドレインはインダクタ
Ｌ1 を経て直流供給電圧ＶDD、例えば＋３Ｖに接続し、
ゲートは例えば１０ｋΩのような大きな抵抗値を有する
抵抗を経て大地に対してバイアスする。この段の入力端
子ＥにはトランジスタＴを飽和させることができる交流
信号ＶINを供給して、接続点２と接地点３との間、即ち
トランジスタＴのゲートとソースとの間の抵抗Ｒの両端
に直流電圧ＶGS＝−１Ｖが現われるようにし、接続点２
と３との間に位置する抵抗Ｒ1 の抵抗値は抵抗Ｒの抵抗
値に比べて低い値に選定する。
【００２３】斯かる−１Ｖの直流電圧は第２番目の段の
トランジスタのゲートをバイアスするためにタップされ
る。この第２段はトランジスタＴ′を具えており、この
トランジスタのドレインはインダクタＬ1 ′を経て直流
供給電圧ＶDDによりバアイスされ、ソースはインダクタ
Ｌ2 ′を経て接地点に接続れている。第１トランジスタ
Ｔのゲート電圧は第１トランジスタ段の接続点３からタ
ップされ、斯かるゲート電圧は抵抗値が大きな抵抗Ｒ2
により接続点４から第２トランジスタ段のゲートへと供
給される。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａは交流の動作周波信号の周波数とは異なる周
波数の補助交流信号を用いて供給電圧の極性とは反対の
極性の第２直流電圧のバアイス電圧を発生するバイアス
発生器を示す線図である。Ｂは交流の動作周波信号その
ものを用いるバイアス発生器を示す線図である。Ｃはソ
ースバイアス電圧よりも負電位の第２直流電圧のバイア
ス発生器を示す線図である。
【図２】交流入力信号で飽和しないパワートランジスタ
のゲート−ソース電圧（ＶGS）に対するゲート電流（Ｉ
G ）の特性及び交流入力信号で飽和したパワートランジ
スタのゲートソース電圧（ＶGS) に対するゲート電流
（ＩG ) 特性をそれぞれ示す図である。
【図３】外部の正の直流給電手段からの直流電圧と、図
１につき説明したような集積バイアス回路により発生さ
れる負の直流電圧とが供給される回路の例を示す図であ
る。
【符号の説明】
Ｔ 能動素子（パワートランジスタ） Ｌ 負荷（インダクタ） Ｃ，Ｃ1 ，Ｃ2 コンデンサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デニス マスリア フランス国 78100 セイント−ジャー マン−エン−ラエ リュ ドゥ コーチ ェス 13 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H03F 3/16 H03F 3/189

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 交流信号処理回路を具える装置であっ
    て、この交流信号処理回路が第１能動素子を有する第１
    段を具え、第１能動素子がその第１主電極と第２主電極
    との間に印加される第１バイアス電圧及び、前記能動素
    子の制御電極と第２主電極との間に印加される第２バイ
    アス電圧によりバイアスされ、前記制御電極が交流信号
    も受信し、前記第１能動素子は、作動時に通常制御電極
    にバイアス電流が流れないタイプのものとする交流信号
    処理回路を具える装置において、前記能動素子の制御電
    極と第２主電極との間の整流特性を活性化させるのに十
    分有力な交流信号を前記能動素子の制御電極に印加する
    ことにより、前記能動素子の制御電極と第２主電極とに
    結合させた抵抗の両端間に前記第２直流バイアス電圧を
    発生させるようにしたことを特徴とする交流信号処理回
    路を具える装置。
  2. 【請求項２】 前記能動素子の制御電極に供給すべき交
    流電力信号を発生する発生器そのものを前記回路の動作
    周波交流信号を発生する発生器とすることを特徴とする
    請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記能動素子の制御電極に供給すべき交
    流電力信号の発生器を補助の発生器とすることを特徴と
    する請求項１に記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記交流電力信号の周波数を動作周波交
    流信号の周波数に等しくするか、又はそれ以下とするこ
    とを特徴とする請求項２又は３のいずれか一項に記載の
    装置。
  5. 【請求項５】 前記交流信号処理回路が、前記回路の第
    １段により有効周波数以外の周波数で伝送される信号を
    除去するフィルタも具えていることを特徴とする請求項
    １〜４のいずれか一項に記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記第１能動素子の２つの主電極間に供
    給される第１直流電圧を正とし、且つ前記発生バイアス
    電圧を負とし、前記第1 電極の電圧を正とし、前記第２
    電極を接地点に接続したことを特徴とする請求項１〜５
    のいずれか一項に記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記２つの主電極間に供給される第１直
    流電圧を負とし、前記発生バイアス電圧を第１電圧より
    ももっと負の電圧とし、第１電極を接地点に接続し、第
    ２電圧の電位を負としたことを特徴とする請求項１〜５
    のいずれか一項に記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記動作周波信号を極めて高周波の信号
    とし、前記能動素子をパワートランジスタとし、且つ前
    記第１バイアス電圧をインダクタを経て前記主電極に印
    加するようにしたことを特徴とする請求項１〜７のいず
    れか一項に記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記抵抗の両端に発生する第２バイアス
    電圧を前記交流信号処理回路の第２段における第２能動
    素子をバイアスするためにタップするようにしたことを
    特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
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