JP3631060B2 - 線形増幅器及びこれを用いた無線通信装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、線形増幅器及びこれを用いた無線通信装置に係り、特にバイポーラトランジスタ等を用いた利得可変機能を有する線形増幅器及びこれを用いた無線通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の増幅器は、振幅変動の大きい変調波信号を扱う時、利得圧縮による振幅のリミッティングを防ぐことが必要なため、飽和出力より大きくバックオフした値までの領域で使用している。このため、増幅器の効率が高い領域で使用することができない。
【０００３】
このような増幅器を飽和出力点付近まで線形増幅器として使用する方法として、その非線形をキャンセルするためのリニアライザー（図２２に示す。）が各種考案されている。代表的なものとしては、予め入力する信号に逆の歪み成分を形成する方法と、入力信号の振幅変動に応じ増幅器の利得を可変して、利得圧縮領域と線形領域とでの利得を同じにする方法等がある。
【０００４】
しかし、このようなリニアライザーは、その付加した回路部分が複雑で電力消費も大きいため、大電力を増幅するような無線基地局の最終段の増幅器では使用できても、携帯電話のような１Ｗ程度の出力用増幅器では、総合効率はほとんど向上せず、また部品の大きさが大きくなってしまう等のデメリットが多いため実用化されていない。
【０００５】
一方、幅広い出力ダイナミックレンジの範囲で線形な高効率増幅器は、バイアス条件をＢ級にしてアイドル電流を絞ることで実現する。しかしながら、実際には素子の相互コンダクタンスの非線型性により歪みが大きくなるので、アイドル電流を極端に絞るような深いＢ級にはできない。したがって、歪みの低い出力レベルの小さい領域では、バイアス電流をより極端に絞るようにして、バイアスを可変して使用することが望ましい。
【０００６】
バイポーラトランジスタを用いたＢ級増幅器は、平均コレクタ電流が出力レベルに応じて増加するので、バイアス回路もそれに応じて平均ベース電流の増加分を十分供給しなければならない。このため、エミッタフォロワー等を介してベース電流を供給するカレントミラー回路において、出力インピーダンスを下げて電圧を供給する図２０、或いは図２１に示すバイアス回路が一般的である。
【０００７】
図２０に示すバイアス回路では、抵抗Ｒ２′の一端にトランジスタＱ２′のコレクタが端子１′を介して接続されており、他端（端子２′側）にはＶｃｏｎｔの制御電圧が印加される。トランジスタＱ２′のベースはトランジスタＱ３′のエミッタに対して接続されている。このトランジスタＱ３′のベースは端子１′と接続されており、コレクタは電源電圧Ｖｃｃが印加されるようになっている。トランジスタＱ２′のエミッタは接地され、Ｑ３′のエミッタは抵抗Ｒ３′を介して接地されている。端子４′は増幅用トランジスタのベースに接続される。
【０００８】
また、図２１に示すバイアス回路では、トランジスタＱ２′の代わりとしてトランジスタＱ４′及びＱ５′が用いられている。即ち、トランジスタＱ４′のエミッタはトランジスタＱ５′のコレクタに接続され、Ｑ４′のコレクタは抵抗Ｒ２′に接続され、トランジスタＱ５′のエミッタは接地されている。トランジスタＱ４′及びＱ５′はそれぞれベースとコレクタが短絡され、これらのトランジスタはダイオードとして機能するようになっている。
【０００９】
しかし、このような回路で、電圧に比例して電流を絞って行こうとすると、そのコントロール電圧Ｖｃｏｎｔをかなり高くしなければ、温度変化に対するバイアス電流の変動の補償を十分に維持できない。ここで、コントロール電圧を高くすると、携帯電話のような制御電圧の低いシステムでは大きな問題となる。特に、ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）のような広いダイナミックレンジの出力レベルで線形に動作しなければならないシステムでは、高出力レベル時に歪み特性を満たすバイアス点では、低出力レベル下では電流、利得ともに大きすぎる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、従来の線形増幅器は、高効率動作時に線形動作を実現しようとすると、図２２に示したようなリニアライザーが必要である。しかし、リニアライザーを用いる方式は、携帯電話等の１Ｗクラスの増幅器では、小型化や総合効率という点であまり意味がなく、線形領域で動作させる場合、結果として２０〜３０％程度の低い効率で使用していた。
【００１１】
また、低出力時の電流を絞るためにバイアス電流を幅広くコントロールしようとすると、コントロール電圧を大きくしたり、温度補償を犠牲にする必要があり、ＣＤＭＡ等の広いダイナミックレンジの出力レベルで線形に動作しなければならないシステムでは、低電圧化や低消費電力化が難しかった。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来の回路に比べて回路や消費電流を増やすことなく、高出力時には線形動作を維持しつつ高効率動作を実現し、また低出力時には低いコントロール電圧でバイアス電流を絞ることが可能で、かつ温度補償も可能なバイアス回路を有する線形増幅器及びこれを用いた無線通信装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するために、本発明の第１は、ベースとコレクタ間が短絡されダイオード接続されるとともに、コレクタが第１の抵抗を介して電源端子に接続され、エミッタが接地された第１のトランジスタを備えた第１のカレントミラー回路と、コレクタ及びベースがそれぞれ電源端子に接続された第２のトランジスタを備えた第２のカレントミラー回路と、エミッタが接地された増幅トランジスタとを備え、前記第１のトランジスタのベース及び前記第２のトランジスタのエミッタが前記増幅トランジスタのベースに対して接続されていることを特徴とする線形増幅器を提供する。
【００１４】
また、本発明の第２は、エミッタが接地された増幅トランジスタを２段以上有する線形増幅器であって、ベースとコレクタ間が短絡されダイオード接続されるとともに、コレクタが第１の抵抗を介して電源端子に接続され、エミッタが接地された第１のトランジスタを備えた第１のカレントミラー回路と、コレクタ及びベースがそれぞれ電源端子に接続された第２のトランジスタを備えた第２のカレントミラー回路とを備え、前記第１のトランジスタのベース及び前記第２のトランジスタのエミッタが、前記増幅トランジスタのうち最終段より前段の増幅トランジスタのベースに対して接続されていることを特徴とする線形増幅器を提供する。
【００１５】
かかる本発明の第１及び第２において、以下の構成要件を備えることが望ましい。
【００１６】
（１）前記第１のトランジスタのコレクタと前記第２のトランジスタのベースとは共通の電源に接続されていること。
【００１７】
（２）前記第２のトランジスタのベースは第２の抵抗を介して電源端子に接続されていること。
【００１８】
（３）前記第１のトランジスタのコレクタは前記第２のトランジスタのベースに前記第１の抵抗を介して接続され、この第２のトランジスタのベースが前記第１のトランジスタの電源端子に接続されていること。
【００１９】
（４）前記第１のカレントミラー回路は前記第２のカレントミラー回路よりも前記増幅トランジスタ側から見て高インピーダンスであること。
【００２０】
（５）前記第２のトランジスタのベースは、直列に接続された複数のダイオードを介して接地されていること。
【００２１】
（６）前記複数のダイオードのそれぞれは、ベースとコレクタ間が短絡されダイオード接続されたトランジスタであること。
【００２２】
（７）前記第２のカレントミラー回路は第３のトランジスタを備え、この第３のトランジスタのエミッタは接地され、ベースは前記第１のトランジスタのベースに接続され、かつコレクタは前記第２のトランジスタのベースに接続されていること。
【００２３】
（８）前記増幅トランジスタの出力レベルが小さい時には、前記第１のカレントミラー回路により前記増幅トランジスタのベースに対してバイアスが供給され、前記増幅トランジスタの出力レベルが大きい時には、前記第２のカレントミラー回路により前記増幅トランジスタのベースに対してバイアスが供給されること。
【００２４】
（９）最終段より前段の前記増幅トランジスタの増幅特性における変調歪みが、最終段の前記増幅トランジスタの増幅特性における変調歪みを打ち消すように、前記第１及び第２のカレントミラー回路が設定されていることを特徴とする請求項２乃至１０記載の線形増幅器。
【００２５】
また、本発明の第３は、ベースとコレクタ間が短絡されダイオード接続されるとともに、コレクタが第１の抵抗を介して可変電源端子に接続され、エミッタが接地された第１のトランジスタを備えた第１のカレントミラー回路と、コレクタが電源端子に接続され、かつベースが可変電源端子に接続された第２のトランジスタを備えた第２のカレントミラー回路と、エミッタが接地された増幅トランジスタとを備え、前記第１のトランジスタのベース及び前記第２のトランジスタのエミッタが前記増幅トランジスタのベースに対して接続されていることを特徴とする線形増幅器を提供する。
【００２６】
また、本発明の第４は、エミッタが接地された増幅トランジスタを２段以上有する線形増幅器であって、ベースとコレクタ間が短絡されダイオード接続されるとともに、コレクタが第１の抵抗を介して可変電源端子に接続され、エミッタが接地された第１のトランジスタを備えた第１のカレントミラー回路と、コレクタが電源端子に接続され、かつベースが可変電源端子に接続された第２のトランジスタを備えた第２のカレントミラー回路とを備え、前記第１のカレントミラー回路及び前記第２のカレントミラー回路は、前記２段以上の増幅トランジスタ毎に設けられており、前記第１のトランジスタのベース及び前記第２のトランジスタのエミッタが、対応する前記増幅トランジスタのベースに対して接続されていることを特徴とする線形増幅器を提供する。
【００２７】
かかる本発明の第３及び第４において、以下の構成要件を備えることが望ましい。
【００２８】
（１）前記第１のトランジスタのコレクタと前記第２のトランジスタのベースとは共通の可変電源に接続されていること。
【００２９】
（２）前記２段以上の増幅トランジスタ毎に設けられている前記第１のカレントミラー回路及び前記第２のカレントミラー回路におけるすべての可変電源端子は、共通の可変電源の端子であることを特徴とする請求項１３又は１４記載の線形増幅器。
【００３０】
（３）前記第２のトランジスタのベースは第２の抵抗を介して可変電源端子に接続されていることを特徴とする請求項１２乃至１５記載の線形増幅器。
【００３１】
（４）前記第１のトランジスタのコレクタは前記第２のトランジスタのベースに前記第１の抵抗を介して接続され、この第２のトランジスタのベースが前記第１のトランジスタの可変電源端子に接続されていることを特徴とする請求項１２乃至１６記載の線形増幅器。
【００３２】
（５）前記第１のカレントミラー回路は前記第２のカレントミラー回路よりも前記増幅トランジスタ側から見て高インピーダンスであることを特徴とする請求項１２乃至１７記載の線形増幅器。
【００３３】
（６）前記第２のトランジスタのベースは、直列に接続された複数のダイオードを介して接地されていることを特徴とする請求項１２乃至１８記載の線形増幅器。
【００３４】
（７）前記複数のダイオードのそれぞれは、ベースとコレクタ間が短絡されダイオード接続されたトランジスタであることを特徴とする請求項１９記載の線形増幅器。
【００３５】
（８）前記第２のカレントミラー回路は第３のトランジスタを備え、この第３のトランジスタのエミッタは接地され、ベースは前記第１のトランジスタのベースに接続され、かつコレクタは前記第２のトランジスタのベースに接続されていることを特徴とする請求項１２乃至１８記載の線形増幅器。
【００３６】
（９）前記第２のカレントミラー回路のコレクタが接続される電源端子は固定電位の電源端子であることを特徴とする請求項１２乃至２１記載の線形増幅器。
【００３７】
（１０）前記可変電源端子の電源電圧が制御されることにより前記増幅トランジスタの利得可変が行われることを特徴とする請求項１２乃至２２記載の線形増幅器。
【００３８】
また、本発明の第５は、エミッタ接地トランジスタを増幅器とした２段以上の線形増幅器であって、その各段の増幅トランジスタの直流バイアス用ベース電圧を供給するバイアス回路は、ベースとコレクタ間が短絡されてダイオード接続された第１のトランジスタで前記ベース電圧を決める出力インピーダンスの高い第１のカレントミラー回路と、ベースとコレクタ間がエミッタフォロワートランジスタを介して接続された第２のトランジスタで前記ベース電圧を決める出力インピーダンスの低い第２のカレントミラー回路とが並列接続されてなることを特徴とする線形増幅器を提供する。
【００３９】
また、本発明の第６は、アノードが第１の抵抗を介して電源端子に接続され、カソードが接地されたダイオード素子を備えた第１のカレントミラー回路と、コレクタ及びベースがそれぞれ電源端子に接続されたトランジスタ素子を備えた第２のカレントミラー回路と、エミッタが接地された増幅トランジスタとを備え、前記ダイオード素子のアノード及び前記トランジスタ素子のエミッタが前記増幅トランジスタのベースに対して接続されていることを特徴とする線形増幅器を提供する。
【００４０】
さらにまた、本発明の第７は、エミッタが接地された増幅トランジスタを２段以上有する線形増幅器であって、アノードが第１の抵抗を介して電源端子に接続され、カソードが接地されたダイオード素子を備えた第１のカレントミラー回路と、コレクタ及びベースがそれぞれ電源端子に接続されたトランジスタ素子を備えた第２のカレントミラー回路とを備え、前記ダイオード素子のアノード及び前記トランジスタ素子のエミッタが、前記増幅トランジスタのうち最終段より前段の増幅トランジスタのベースに対して接続されていることを特徴とする線形増幅器を提供する。
【００４１】
また、本発明の第８は、アノードが第１の抵抗を介して可変電源端子に接続され、カソードが接地されたダイオード素子を備えた第１のカレントミラー回路と、コレクタが電源端子に接続され、かつベースが可変電源端子に接続されたトランジスタ素子を備えた第２のカレントミラー回路と、エミッタが接地された増幅トランジスタとを備え、前記ダイオード素子のアノード及び前記トランジスタ素子のエミッタが、前記増幅トランジスタのベースに対して接続されていることを特徴とする線形増幅器を提供する。
【００４２】
さらにまた、本発明の第９は、エミッタが接地された増幅トランジスタを２段以上有する線形増幅器であって、アノードが第１の抵抗を介して可変電源端子に接続され、カソードが接地されたダイオード素子を備えた第１のカレントミラー回路と、コレクタが電源端子に接続され、かつベースが可変電源端子に接続されたトランジスタ素子を備えた第２のカレントミラー回路とを備え、前記第１のカレントミラー回路及び前記第２のカレントミラー回路は、前記２段以上の増幅トランジスタ毎に設けられており、前記ダイオード素子のアノード及び前記トランジスタ素子のエミッタが、対応する前記増幅トランジスタのベースに対して接続されていることを特徴とする線形増幅器を提供する。
【００４３】
さらにまた、本発明の第１０は、エミッタ接地トランジスタを増幅器とした２段以上の線形増幅器であって、その各段の増幅トランジスタの直流バイアス用ベース電圧を供給するバイアス回路は、ダイオード素子で前記ベース電圧を決める出力インピーダンスの高い第１のカレントミラー回路と、ベースとコレクタ間がエミッタフォロワートランジスタを介して接続された第２のトランジスタで前記ベース電圧を決める出力インピーダンスの低い第２のカレントミラー回路とが並列接続されてなることを特徴とする線形増幅器を提供する。
【００４４】
また、上記した本発明の線形増幅器を増幅器として用いた無線通信装置を提供する。
【００４５】
かかる本発明の無線通信装置において、出力レベルが小さい時に前記可変電源端子の電源電圧が低く設定され、最終段の前記増幅トランジスタの利得が減少することが望ましい
上記本発明によれば、高出力動作時には、最終段の増幅トランジスタ以外の少なくとも１つの増幅トランジスタ及びそのバイアス回路において、入力レベルの小さい時に第１のカレントミラー回路でバイアスが供給され、入力レベルが大きくなった時に第２のカレントミラー回路でバイアスが供給されるようにすることにより、その増幅トランジスタのＡＭ−ＡＭ特性が最終段の増幅トランジスタのＡＭ−ＡＭ特性の変化をキャンセルするようにすることが可能であり、最終段が高効率動作時であっても相互変調歪みを小さくすることが可能である。
【００４６】
さらに、入力電力レベルやバイアス電流を決めるコントロール電圧に応じて、第１及び第２のカレントミラー回路を動作させることにより、高効率時の線形動作と低出力時の低消費電流化を実現することが可能となる。
【００４７】
また、低出力レベルで使用時には、コントロール電圧を下げてアイドル電流を絞ることにより、歪みを犠牲にすることなく低消費電流化を図ることができる。
【００４８】
さらにまた、上記線形増幅器をＣＤＭＡの端末の最終段の増幅器として使用することにより、出力の広いダイナミックレンジにおける低消費電力化とシステムの簡素化を行うことが可能となる。
【００４９】
例えば、増幅器の第１のカレントミラー回路の電流源の役割をする抵抗を介して与えるコントロール電圧の端子と、第２のカレントミラー回路の電流源の役割をする抵抗を介して与えるコントロール電圧の端子とを接続し、トランジスタのベースエミッタ間電圧Ｖｂｅのオン電圧の２倍以下のコントロール電圧では、第１のカレントミラーでバイアス電圧を供給し、それ以上では第１及び第２のカレントミラー回路でバイアス電圧を供給する。これにより、広いコントロール電圧範囲で利得可変とその温度変化に対する補償とを両立することができる。また、最終段を含む複数の増幅段のバイアス回路のコントロール電圧を同時に可変として、低利得・低出力使用時に低い消費電流動作が可能となる。
【００５０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００５１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る線形増幅器のバイアス回路の構成を示す回路図である。また、図２は、本発明の第１及び第２の実施形態に係る線形増幅器の回路構成を示す回路図である。
【００５２】
図２に示すように、本実施形態の線形増幅器は２段構成の増幅器からなるものである。ＲＦ１及びＲＦ２は増幅用バイポーラトランジスタであり、ＲＦ１が前段のトランジスタ、ＲＦ２が後段のトランジスタである。これらのトランジスタＲＦ１及びＲＦ２のベースにはそれぞれバイアス回路Ｂｉａｓ１及びＢｉａｓ２が接続されている。Ｃ１乃至Ｃ５はキャパシタであり図示される容量を有するものである。また、Ｌ１乃至Ｌ７はインダクタであり図示されるインダクタンスを有するものである。Ｐｉｎは入力端子、Ｐｏｕｔは出力端子である。
【００５３】
ＲＦ１及びＲＦ２のコレクタにはそれぞれインダクタＬ２、Ｌ３を介して電源電圧Ｖｃｃ＝３．６Ｖが印加されている。また。バイアス回路Ｂｉａｓ１及びＢｉａｓ２はそれぞれ制御端子に接続され、それぞれＶｃｏｎｔ１、Ｖｃｏｎｔ２の制御電圧が印加されるようになっている。さらに、これらのバイアス回路Ｂｉａｓ１及びＢｉａｓ２には電源電圧Ｖｃｃ＝３．６Ｖがそれぞれ印加されている。
【００５４】
次に、本実施形態のバイアス回路について説明する。図１に示すように、抵抗Ｒ１の一端にトランジスタＱ１のコレクタが接続されており、他端（端子３側）にはＶｃｏｎｔ１、２の制御電圧が印加される。また、抵抗Ｒ２の一端にトランジスタＱ２のコレクタが端子１を介して接続されており、他端（端子２側）にはＶｃｏｎｔ１、２の制御電圧が印加される。第１及び第２のカレントミラー回路の端子３と２とは共通に接続され、Ｖｃｏｎｔ１、２に接続されている。
【００５５】
トランジスタＱ１のベースとコレクタは短絡され、このトランジスタはダイオードとして機能するようになっている。また、トランジスタＱ１及びＱ２のベースは共通に接続されており、トランジスタＱ３のエミッタに対して接続されている。このトランジスタＱ３のベースは端子１と接続されており、コレクタは電源電圧Ｖｃｃが印加されるようになっている。トランジスタＱ１及びＱ２のエミッタはともに接地されている。なお、トランジスタＱ３のエミッタ側（端子４）も接地されるが、抵抗Ｒ３を介して接地してもよい。端子４はトランジスタＲＦ１及びＲＦ２のベースに接続される。
【００５６】
かかる構成のバイアス回路において、第１のカレントミラー回路は、抵抗Ｒ１及びトランジスタＱ１から構成され、一方第２のカレントミラー回路は、抵抗Ｒ２並びにトランジスタＱ２及びＱ３から構成される。
【００５７】
次に、上述した第１及び第２のカレントミラー回路を増幅用バイポーラトランジスタＲＦ１及びＲＦ２のバイアス回路に用いた場合の回路の設定及び動作について説明する。図３及び図４は、それぞれ、図２の線形増幅器における後段及び前段の増幅器に用いられた図１のバイアス回路の動作状況を示す回路図である。
【００５８】
図２乃至図４においては、トランジスタとして、ＩｎＧａＰをエミッタとして用いＧａＡｓをベースとして用いたＨＢＴ（Ｈｅｔｅｒｏ−Ｂｉｐｏｌａｒ−Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が使用されている。このトランジスタではベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅが約１．３Ｖで動作するようになっている。トランジスタのエミッタサイズは、Ｑ１が４×２０ｕｍ２、Ｑ２が４×２０ｕｍ２、Ｑ３が４×６０ｕｍ２のエミッタサイズである。また、増幅トランジスタＲＦ１、ＲＦ２はともにエミッタサイズが４×３０ｕｍ２であり、それぞれ６本、３２本のマルチエミッタ構造となっている。
【００５９】
図３に示すように、後段のトランジスタＲＦ２に対しては、高出力時に高効率を実現するために、後段のバイアス回路（Ｂｉａｓ２）がＡＢ級のバイアスとなるようにする。この場合、図１のバイアス回路で第２のカレントミラー回路のＱ３が既にＯＮとなるように、即ち端子１の電圧が２倍のＶｂｅ以上となるように、抵抗Ｒ１、Ｒ２及びコントロール電圧Ｖｃｏｎｔ２を設定する。
【００６０】
例えば、図３のバイアス回路Ｂｉａｓ２において、Ｒ１＝１ＫＷ、Ｒ２＝２００Ｗ、コントロール電圧（Ｖｃｏｎｔ２）を３．０Ｖに設定すると、端子１の電圧はＶｂｅの２倍の約２．６Ｖ、Ｑ２のコレクタ電流は約２ｍＡ、Ｑ１のコレクタ電流も２ｍＡである（Ｑ１とＱ２とは同じトランジスタサイズ）。また、Ｒ１に流れる電流は１．７ｍＡ、Ｒ２に流れる電流は２ｍＡ、Ｑ３のコレクタ電流は０．５ｍＡである。この時、後段のトランジスタＲＦ２がトランジスタＱ１の３０倍のサイズの場合、トランジスタＲＦ２のバイアス電流は約６０ｍＡにバイアスされる。
【００６１】
図５は、図２の線形増幅器における後段の増幅器のみのＡＭ−ＡＭ特性、効率、歪みを示す特性図である。図５に示されるように、効率（η）の高い領域ではＡＭ−ＡＭ特性のずれにより２周波入力のＩＭ３が大きく劣化している。ここでＩＭ３は歪みに対応する。この後段の増幅器におけるＡＭ−ＡＭ特性を補正するため、前段の増幅器に対するバイアス回路（Ｂｉａｓ１）において、ＲＦ入力が無いか小さい時のバイアス電圧が第１のカレントミラー回路のみで決まるようにし、ＲＦ入力レベルが上がってきた時には第２のカレントミラー回路でバイアス電圧を決めるようにする。これにより、前段の増幅器におけるＡＭ−ＡＭ特性の変化が後段の増幅器におけるＡＭ−ＡＭ特性の変化を相殺するようになり、２段構成の増幅器全体のＡＭ−ＡＭ特性を改善することが可能となる。
【００６２】
例えば、前段のトランジスタＲＦ１に対して、図４に示すように、Ｒ１＝８５０Ｗ、Ｒ２＝３００Ｗとし、コントロール電圧を３．０Ｖとした場合、トランジスタＲＦ１のベースに流れる電流が０．０１ｍＡである時には、端子１の電圧は２．４Ｖ、トランジスタＱ１及びＱ２のコレクタ電流は２ｍＡ、Ｑ３のコレクタ電流は約０ｍＡである。この時、前段のトランジスタＲＦ１がトランジスタＱ１の１２倍のサイズの場合、トランジスタＲＦ１のバイアス電流は約２４ｍＡにバイアスされる。
【００６３】
一方、トランジスタＲＦ１のベースに流れる電流が１．２ｍＡとなった時は、上記と同様に、Ｒ１＝８５０Ｗ、Ｒ２＝３００Ｗとし、コントロール電圧を３．０Ｖとすると、端子１の電圧は２．４６Ｖ、トランジスタＱ１及びＱ２のコレクタ電流は１．８ｍＡ、Ｑ３のコレクタ電流は約０．９ｍＡである。トランジスタＱ１及びＱ２のベース電流はともに０．３ｍＡとなり、トランジスタＲＦ１のベースへは０．３＋０．９＝１．２ｍＡの電流が流れる。また、この時、前段のトランジスタＲＦ１がトランジスタＱ１の１２倍のサイズの場合、トランジスタＲＦ１のバイアス電流は約２１．６ｍＡにバイアスされる。
【００６４】
トランジスタＲＦ１のベース電流ＩＢがゼロか小さい時には、トランジスタＱ１はオンしているが、トランジスタＱ３はＯＦＦの状態である。ベース電流ＩＢが増加し始めると、このベース電流ＩＢの増加分だけＲ１に流れる電流も増加する。これによりトランジスタＱ１のベースエミッタ間電圧Ｖｂｅ１が下がるので、第１のカレントミラー回路に基づく利得が低下する。また、トランジスタＱ１はＯＦＦするようになる。
【００６５】
一方、トランジスタＱ３のエミッタの電圧はトランジスタＱ１のベース電圧Ｖｂｅ１とともに低下するので、トランジスタＱ３のベースエミッタ間電圧Ｖｂｅ２は増加しＯＮ状態となり、第２のカレントミラー回路が動作するようになる。したがって、トランジスタＲＦ１のベース電流ＩＢはＱ３から供給されるようになり、ＲＦ１のベース電圧は一定に保たれ、コレクタ電流の増加に伴うＧｍの上昇により利得が増加する。この場合の図２の線形増幅器における前段の増幅器のみのＡＭ−ＡＭ特性等を示すと図６のようになる。
【００６６】
図７は、図２の線形増幅器全体のＡＭ−ＡＭ特性、効率、歪みを示す特性図である。図７に示すように、後段の増幅器における利得圧縮を前段の増幅器における利得増加で補償しているので、２段構成のアンプとして動作させた時のＡＭ−ＡＭ特性のずれがほとんどなく線形に動作させることが可能となり、高い効率でもＩＭ３が改善していることがわかる。
【００６７】
（第２の実施形態）
図８は、本発明の第２の実施形態に係る線形増幅器のバイアス回路の構成を示す回路図である。図１と同一部分には同一の符号を付して示す。図８に示すように、本実施形態に係る線形増幅器のバイアス回路が第１の実施形態に係るバイアス回路と異なるのは、第２のカレントミラー回路として、ベースとコレクタが短絡されたトランジスタが直列に接続されたものを用いている点である。
【００６８】
即ち、図８に示すように第２のカレントミラー回路において、トランジスタＱ４のエミッタはトランジスタＱ５のコレクタに接続され、Ｑ４のコレクタは抵抗Ｒ２に接続され、トランジスタＱ５のエミッタは接地されている。トランジスタＱ４及びＱ５はそれぞれベースとコレクタが短絡され、これらのトランジスタはダイオードとして機能するようになっている。なお、トランジスタＱ１のベースは端子４を経てトランジスタＲＦ１、ＲＦ２のベースに接続されている。
【００６９】
次に、図８に示した第１及び第２のカレントミラー回路を増幅用バイポーラトランジスタＲＦ１及びＲＦ２のバイアス回路に用いた場合の回路の設定及び動作について説明する。図９及び図１０は、それぞれ、図２の線形増幅器における後段及び前段の増幅器に用いられた図８のバイアス回路の動作状況を示す回路図である。
【００７０】
これらの図においても、上記トランジスタとしては、第１の実施形態と同様にＩｎＧａＰ／ＧａＡｓを用いたＨＢＴが使用されている。このトランジスタではベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅが約１．２乃至１．３Ｖで動作するようになっている。トランジスタのエミッタサイズは、Ｑ１が４×２０ｕｍ２、Ｑ３が４×６０ｕｍ２、Ｑ４、Ｑ５が４×２０ｕｍ２のエミッタサイズである。
【００７１】
第１の実施形態でも述べたように、後段のトランジスタＲＦ２に対しては、高出力時に高効率を実現するために、後段のバイアス回路（Ｂｉａｓ２）がＡＢ級のバイアスとなるようにする。この場合、図８のバイアス回路で第２のカレントミラー回路のＱ３が既にＯＮとなるように、即ち端子１の電圧が２倍のＶｂｅ以上となるように、抵抗Ｒ１、Ｒ２及びコントロール電圧Ｖｃｏｎｔ２を設定する。
【００７２】
例えば、図９に示すようにバイアス回路Ｂｉａｓ２において、Ｒ１＝１ＫＷ、Ｒ２＝４００Ｗ、コントロール電圧（Ｖｃｏｎｔ２）を３．０Ｖに設定すると、端子１の電圧はＶｂｅの２倍の約２．６Ｖ、Ｑ４及びＱ５のコレクタ電流は約１ｍＡ、Ｑ１のコレクタ電流は２ｍＡである。また、Ｒ１に流れる電流は１．７ｍＡ、Ｒ２に流れる電流は１ｍＡ、Ｑ３のコレクタ電流は０．５ｍＡである。この時、後段のトランジスタＲＦ２がトランジスタＱ１の３０倍のサイズの場合、トランジスタＲＦ２のバイアス電流は約６０ｍＡにバイアスされる。
【００７３】
かかる後段の増幅器のみのＡＭ−ＡＭ特性、効率、歪みを示す特性も、図５に示されるものと同様に、効率（η）の高い領域ではＡＭ−ＡＭ特性のずれにより２周波入力のＩＭ３が大きく劣化している。ここでＩＭ３は歪みに対応する。この後段の増幅器におけるＡＭ−ＡＭ特性を補正するため、第１の実施形態と同様に前段の増幅器に対するバイアス回路（Ｂｉａｓ１）において、ＲＦ入力が無いか小さい時のバイアス電圧が第１のカレントミラー回路のみで決まるようにし、ＲＦ入力レベルが上がってきた時には第２のカレントミラー回路でバイアス電圧を決めるようにする。これにより、前段の増幅器におけるＡＭ−ＡＭ特性の変化が後段の増幅器におけるＡＭ−ＡＭ特性の変化を相殺するようになり、２段構成の増幅器全体のＡＭ−ＡＭ特性を改善することが可能となる。
【００７４】
例えば、図１０に示すように前段のトランジスタＲＦ１に対して、Ｒ１＝５００Ｗ、Ｒ２＝３００Ｗとし、コントロール電圧を２．３Ｖとした場合、トランジスタＲＦ１のベースに流れる電流が０．０１ｍＡである時には、Ｑ４及びＱ５にはコレクタ電流が流れず、端子１の電圧は２．３Ｖ、トランジスタＱ１のコレクタ電流は２ｍＡ、Ｑ３のコレクタ電流は約０ｍＡである。この時、前段のトランジスタＲＦ１がトランジスタＱ１の１２倍のサイズの場合、トランジスタＲＦ１のバイアス電流は約２０ｍＡにバイアスされる。
【００７５】
一方、トランジスタＲＦ１のベースに流れる電流が１．２ｍＡとなった時は、上記と同様に、Ｒ１＝５００Ｗ、Ｒ２＝３００Ｗとし、コントロール電圧を２．３Ｖとすると、端子１の電圧は２．３Ｖ、端子４の電圧は１．１Ｖ、トランジスタＱ１のコレクタ電流は２．４ｍＡ、Ｑ３のコレクタ電流は約０．８ｍＡである。トランジスタＱ１のベース電流は０．４ｍＡとなり、トランジスタＲＦ１のベースへは０．４＋０．８＝１．２ｍＡの電流が流れる。また、この時、前段のトランジスタＲＦ１のバイアス電流は約５０ｍＡにバイアスされる。
【００７６】
なお、図１０に示すように、本実施形態における線形増幅器の前段の増幅器において、トランジスタＱ４及びＱ５に流れる電流は、トランジスタＲＦ１のベース電流がいかなる値をとっても常にゼロとなる。コントロール電圧（Ｖｃｏｎｔ１）がトランジスタＱ４、Ｑ５の動作電圧の２倍より小さいからである。
【００７７】
本実施形態のバイアス回路においても第１の実施形態と同様に、トランジスタＲＦ１のベース電流ＩＢがゼロか小さい時には、トランジスタＱ１はオンしているが、トランジスタＱ３はＯＦＦの状態である。ベース電流ＩＢが増加し始めると、このベース電流ＩＢの増加分だけＲ１に流れる電流も増加する。これによりトランジスタＱ１のベースエミッタ間電圧Ｖｂｅ１が下がるので、第１のカレントミラー回路に基づく利得が低下する。また、トランジスタＱ１はＯＦＦするようになる。
【００７８】
一方、トランジスタＱ３のエミッタの電圧はトランジスタＱ１のベース電圧Ｖｂｅ１とともに低下するので、トランジスタＱ３のベースエミッタ間電圧Ｖｂｅ２は増加しＯＮ状態となり、第２のカレントミラー回路が動作するようになる。したがって、トランジスタＲＦ１のベース電流ＩＢはＱ３から供給されるようになり、ＲＦ１のベース電圧は一定に保たれ、コレクタ電流の増加に伴うＧｍの上昇により利得が増加する。これにより、図７に示したものと同様に、後段の増幅器における利得圧縮を前段の増幅器における利得増加で補償しているので、２段構成のアンプとして動作させた時のＡＭ−ＡＭ特性のずれがほとんどなく線形に動作させることができ、高い効率でもＩＭ３を改善することが可能となる。
【００７９】
（第３の実施形態）
図１１は本発明の第３の実施形態に係る線形増幅器の回路構成を示す回路図である。本実施形態では、最終段を含む複数の増幅用トランジスタのバイアス回路に対するコントロール電圧が同時に可変となっている。このコントロール電圧を制御することにより、広いコントロール電圧範囲において利得可変とその温度変化に対する補償を両立できるようにしている。特に、低利得、低出力使用時に低い消費電流動作を可能とするものである。
【００８０】
図１１に示すように、本実施形態の線形増幅器は２段構成の増幅器からなるものである。ＲＦ１及びＲＦ２は増幅用バイポーラトランジスタであり、ＲＦ１が前段のトランジスタ、ＲＦ２が後段のトランジスタである。これらのトランジスタＲＦ１及びＲＦ２のベースにはそれぞれバイアス回路が接続されている。Ｃ１乃至Ｃ５はキャパシタであり図示される容量を有するものである。また、Ｌ１乃至Ｌ３、Ｌ５乃至Ｌ８はインダクタであり図示されるインダクタンスを有するものである。さらに、Ｒｂは抵抗であり図示される抵抗値を有するものである。Ｐｉｎは入力端子、Ｐｏｕｔは出力端子である。
【００８１】
ＲＦ１及びＲＦ２のコレクタにはそれぞれインダクタＬ２、Ｌ３を介して電源電圧Ｖｃｃ＝３．６Ｖが印加されている。また。バイアス回路は制御電圧端子に接続され、Ｖｃｏｎｔの制御電圧が印加されるようになっている。さらに、これらのバイアス回路には電源電圧Ｖｃｃ＝３．６Ｖがそれぞれ印加されている。
【００８２】
次に、本実施形態のバイアス回路について説明する。図１２は、本発明の第３の実施形態に係る線形増幅器のバイアス回路の構成を示す回路図である。
【００８３】
図１２に示すように、本実施形態のバイアス回路は第１の実施形態のバイアス回路を２つ利用したものとなっている。即ち、抵抗Ｒ１の一端にトランジスタＱ１のコレクタが接続されており、他端にはＶｃｏｎｔの制御電圧が印加される。また、抵抗Ｒ２の一端にトランジスタＱ２のコレクタが端子１を介して接続されており、他端にはＶｃｏｎｔの制御電圧が印加される。
【００８４】
トランジスタＱ１のベースとコレクタは短絡され、このトランジスタはダイオードとして機能するようになっている。また、トランジスタＱ１及びＱ２のベースは共通に接続されており、トランジスタＱ３のエミッタに対して接続されている。このトランジスタＱ３のベースは端子１と接続されており、コレクタは電源電圧Ｖｃｃが印加されるようになっている。トランジスタＱ１及びＱ２のエミッタはともに接地されている。なお、トランジスタＱ３のエミッタ側（端子４）も抵抗を介して接地されている。
【００８５】
かかる構成のバイアス回路において、第１のカレントミラー回路は、抵抗Ｒ１及びトランジスタＱ１から構成され、一方第２のカレントミラー回路は、抵抗Ｒ２並びにトランジスタＱ２及びＱ３から構成される。
【００８６】
また、以上の構成と並列してこれと同様に、抵抗Ｒ４の一端にトランジスタＱ６のコレクタが接続されており、他端にはＶｃｏｎｔの制御電圧が印加される。また、抵抗Ｒ５の一端にトランジスタＱ７のコレクタが端子５を介して接続されており、他端にはＶｃｏｎｔの制御電圧が印加される。トランジスタＱ６のベースとコレクタは短絡され、このトランジスタはダイオードとして機能するようになっている。また、トランジスタＱ６及びＱ７のベースは共通に接続されており、トランジスタＱ８のエミッタに対して接続されている。このトランジスタＱ８のベースは端子５と接続されており、コレクタは電源電圧Ｖｃｃが印加されるようになっている。トランジスタＱ６及びＱ７のエミッタはともに接地されている。なお、トランジスタＱ３のエミッタ側（端子４）も抵抗を介して接地されている。
【００８７】
かかる構成のバイアス回路において、第１のカレントミラー回路は、抵抗Ｒ４及びトランジスタＱ６から構成され、一方第２のカレントミラー回路は、抵抗Ｒ５並びにトランジスタＱ７及びＱ８から構成される。
【００８８】
以上の回路構成において、端子４はトランジスタＲＦ１のベースに、端子６はトランジスタＲＦ２のベースにそれぞれ接続されている。本実施形態では、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ５は共通に接続され、Ｖｃｏｎｔに接続されているが、Ｒ１はＲ２を介して、Ｒ４はＲ５を介してそれぞれＶｃｏｎｔに接続されるように構成しても良い。なお、図１２ではＲ１、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ５はそれぞれ図示の抵抗値を有し、電源電圧Ｖｃｃは３．６Ｖに設定されている。
【００８９】
さらに、上記トランジスタとしては、ＩｎＧａＰをエミッタとして用いＧａＡｓをベースとして用いたＨＢＴが使用されている。このトランジスタではベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅが約１．３Ｖで動作するようになっている。トランジスタサイズは、Ｑ１、Ｑ２が４×１０ｕｍ２、Ｑ３、Ｑ８が４×３０ｕｍ２、Ｑ６、Ｑ７が４×２０ｕｍ２のエミッタサイズである。また、増幅トランジスタＲＦ１、ＲＦ２はともにエミッタサイズが４×３０ｕｍ２であり、それぞれ６本、３２本のマルチエミッタ構造となっている。
【００９０】
図１２において、増幅器の第１のカレントミラー回路における電流源の役割としての抵抗Ｒ１、Ｒ４を介してコントロール電圧Ｖｃｏｎｔが与えられ、かつ第２のカレントミラー回路における電流源の役割としての抵抗Ｒ２、Ｒ５を介してコントロール電圧Ｖｃｏｎｔが与えられる。これらのコントロール電圧Ｖｃｏｎｔの端子は互いに接続されて、トランジスタＱ８のベース電位がベースエミッタ間電圧Ｖｂｅのオン電圧の２倍以下となる時、第１のカレントミラーでバイアス電圧を供給し、それ以上では第１及び第２のカレントミラー回路でバイアス電圧を供給する。これにより、広いコントロール電圧範囲で利得可変とその温度変化に対する補償とを両立することができる。また、増幅トランジスタＲＦ１、ＲＦ２のバイアス回路のコントロール電圧を同時に可変として、低利得・低出力使用時に低い消費電流動作が可能となる。
【００９１】
また、図１１のバイアス回路には、第２の実施形態で述べた回路構成、即ちベースとコレクタが短絡されたトランジスタが直列に接続されたものを用いることが可能である。図１３は、本発明の第３の実施形態に係る線形増幅器のバイアス回路の変形例を示す回路図である。
【００９２】
図１３に示すように、第２のカレントミラー回路において、トランジスタＱ２のエミッタはトランジスタＱ２′のコレクタに接続され、Ｑ２のコレクタは抵抗Ｒ２に接続され、トランジスタＱ２′のエミッタは接地されている。トランジスタＱ２及びＱ２′はそれぞれベースとコレクタが短絡され、これらのトランジスタはダイオードとして機能するようになっている。
【００９３】
また、かかる構成と並列してこれと同様に、第２のカレントミラー回路において、トランジスタＱ５のエミッタはトランジスタＱ５′のコレクタに接続され、Ｑ５のコレクタは抵抗Ｒ５に接続され、トランジスタＱ５′のエミッタは接地されている。トランジスタＱ５及びＱ５′はそれぞれベースとコレクタが短絡され、これらのトランジスタはダイオードとして機能するようになっている。
【００９４】
以上の回路構成において、トランジスタＱ１のベースは端子４を経てトランジスタＲＦ１に、トランジスタＱ４のベースは端子６を経てトランジスタＲＦ２のベースに接続されている。本実施形態では、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ５は共通に接続され、Ｖｃｏｎｔに接続されているが、Ｒ１はＲ２を介して、Ｒ４はＲ５を介してそれぞれＶｃｏｎｔに接続されるように構成しても良い。なお、図１３ではＲ１、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ５はそれぞれ図示の抵抗値を有し、電源電圧Ｖｃｃは３．６Ｖに設定されている。
【００９５】
さらに、上記トランジスタとしては、図１２と同様にＩｎＧａＰ／ＧａＡｓを用いたＨＢＴが使用されている。このトランジスタではベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅが約１．３Ｖで動作するようになっている。トランジスタのエミッタサイズは、Ｑ１、Ｑ２が４×１０ｕｍ２、Ｑ３、Ｑ８が４×３０ｕｍ２、Ｑ６が４×２０ｕｍ２、Ｑ２、Ｑ２′が４×１０ｕｍ２、Ｑ５、Ｑ５′が４×２０ｕｍ２のエミッタサイズである。
【００９６】
図１３において、コントロール電圧Ｖｃｏｎｔは図１２のものと同様に与えられる。トランジスタＱ８のベース電位がベースエミッタ間電圧Ｖｂｅのオン電圧の２倍以下となる時、第１のカレントミラーでバイアス電圧を供給し、それ以上では第１及び第２のカレントミラー回路でバイアス電圧を供給する。これにより、図１２に示す実施形態と同様に、広いコントロール電圧範囲で利得可変とその温度変化に対する補償とを両立することができ、また、低利得・低出力使用時に低い消費電流動作も可能となる。
【００９７】
なお、図１３に示すように、ベースとコレクタが短絡されたトランジスタ（Ｑ２、Ｑ２′、Ｑ５、Ｑ５′）が直列に接続されたものを用いることにより、低出力時のＲ２、Ｒ５に流れる電流を０ｍＡにすることが可能である。
【００９８】
図１４は、本発明の第３の実施形態に係る線形増幅器のバイアス回路のコントロール電圧に対する利得とバイアス電流を示す特性図である。測定は１．９ＧＨｚの周波数で行われている。図１４に示すように、コントロール電圧が１．６Ｖから２．８Ｖの間で利得可変が線形に行われている。また、低出力レベルにおいて、電流を大きく絞ることができることがわかる。
【００９９】
図１５は、本発明の第３の実施形態に係る線形増幅器の入出力特性を示す特性図である。この図からわかるように、コントロール電圧Ｖｃｏｎｔ＝１．６Ｖ、２．０Ｖ、２．４Ｖ、２．６Ｖ、２．８Ｖにおいて、入出力特性の線形性が良好に維持されており、優れた増幅特性を得ることが可能である。
【０１００】
図１６は、本発明の第３の実施形態に係る線形増幅器の出力レベルと消費電流との関係を示す特性図である。この図からわかるように、コントロール電圧Ｖｃｏｎｔが２．８Ｖ、２．６Ｖ、２．４Ｖ、２．０Ｖ、１．６Ｖと小さくなるにつれて消費電流は小さくなり、特にＶｃｏｎｔが１．６Ｖ、２．０Ｖでは消費電流低減の効果が著しい。したがって、出力レベルに応じてコントロール電圧を調整することにより消費電流の最適化を図ることが可能である。
【０１０１】
また、本発明の第３の実施形態に係る線形増幅器をＣＤＭＡの最終段の増幅器として使用することが可能である。図１７は、この場合の歪み特性を示す特性図であり、ＩＳ−９５のＣＤＭＡ信号とした場合の９００ＭＨｚ離調の隣接チャネル漏洩電力比と出力レベルとの関係を示すものである。
【０１０２】
この隣接チャネル漏洩電力比は、キャリアを１．２３ＭＨｚとして、隣接チャネル漏洩電力を３０ｋＨｚで積分して得たものである。図１７に示すように、出力レベルが０ｄＢｍ以下では、電流を２０ｍＡ（図１６）まで絞っても歪みレベルが−５０ｄＢｃ以下と小さく、−２０ｄＢｍ以下では、電流を６ｍＡ（図１６）と極端に絞っても歪みレベルが小さい。したがって、出力レベルに応じて歪みと消費電流の最適化を図ることが可能である。
【０１０３】
図１８は、従来のＣＤＭＡの出力レベルの可変システムの例を示す概略図である。また、図１９は、本発明の第３の実施形態に係る可変利得の線形増幅器を利用した場合におけるＣＤＭＡの出力レベル可変システムの例を示す概略図である。
【０１０４】
図１８に示すように、従来、増幅器の前段の利得可変増幅器や可変減衰器によりすべての可変利得機能が行われていた。本発明による線形増幅器を用いれば、かかる増幅器の前段の利得可変増幅器や可変減衰器により行われていた可変利得機能の一部を、最終段の増幅器に担わせることにより、増幅器前段のシステムの負荷を下げることができる。また、本発明による線形増幅器を、例えば１０〜３０ｄＢの利得可変増幅器として用いることにより、図１９に示すように前段の可変減衰器等を省略することが可能となる。
【０１０５】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることはない。例えば、ベースとコレクタ間が短絡されダイオード接続されたトランジスタを使用したが、この代わりにダイオードを用いることも可能である。例えば、第１のカレントミラー回路において、コレクタが第１の抵抗を介して電源端子に接続され、エミッタが接地された第１のトランジスタの代わりに、アノードが第１の抵抗を介して電源端子に接続され、カソードが接地されたダイオード素子を用いることが可能である。
【０１０６】
また、本発明の線形増幅器は、ＣＤＭＡ以外の他のデジタル携帯電話システムにも適用することが可能である。
【０１０７】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。
【０１０８】
【発明の効果】
本発明の線形増幅器によれば、最終段が高効率動作時であっても相互変調歪みを小さくし、高効率時の線形動作を確保して、低出力時の低消費電流化を実現することが可能となる。
【０１０９】
また、低出力レベルで使用時には、コントロール電圧を下げてアイドル電流を絞ることにより、歪みを犠牲にすることなく低消費電流化を図ることができる。
【０１１０】
さらにまた、本発明の無線通信装置によれば、出力の広いダイナミックレンジにおける低消費電力化とシステムの簡素化を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る線形増幅器のバイアス回路の構成を示す回路図。
【図２】本発明の第１及び第２の実施形態に係る線形増幅器の回路構成を示す回路図。
【図３】図２の線形増幅器における後段の増幅器に用いられた図１のバイアス回路の動作状況を示す回路図。
【図４】図２の線形増幅器における前段の増幅器に用いられた図１のバイアス回路の動作状況を示す回路図。
【図５】図２の線形増幅器における後段の増幅器のみのＡＭ−ＡＭ特性、効率、歪みを示す特性図。
【図６】図２の線形増幅器における前段の増幅器のみのＡＭ−ＡＭ特性等を示す特性図。
【図７】図２の線形増幅器全体のＡＭ−ＡＭ特性、効率、歪みを示す特性図。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る線形増幅器のバイアス回路の構成を示す回路図。
【図９】図２の線形増幅器における後段の増幅器に用いられた図８のバイアス回路の動作状況を示す回路図。
【図１０】図２の線形増幅器における前段の増幅器に用いられた図８のバイアス回路の動作状況を示す回路図。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る線形増幅器の回路構成を示す回路図。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る線形増幅器のバイアス回路の構成を示す回路図。
【図１３】本発明の第３の実施形態に係る線形増幅器のバイアス回路の変形例を示す回路図。
【図１４】本発明の第３の実施形態に係る線形増幅器のバイアス回路のコントロール電圧に対する利得とバイアス電流を示す特性図。
【図１５】本発明の第３の実施形態に係る線形増幅器の入出力特性を示す特性図。
【図１６】本発明の第３の実施形態に係る線形増幅器の出力レベルと消費電流との関係を示す特性図。
【図１７】ＩＳ−９５のＣＤＭＡ信号とした場合の９００ＭＨｚ離調の隣接チャネル漏洩電力比と出力レベルとの関係を示す特性図。
【図１８】従来のＣＤＭＡの出力レベルの可変システムの例を示す概略図。
【図１９】本発明の第３の実施形態に係る可変利得の線形増幅器を利用した場合におけるＣＤＭＡの出力レベル可変システムの例を示す概略図。
【図２０】出力インピーダンスの低いエミッタフォロワーでベース電流を供給する従来のバイアス回路を示す図。
【図２１】出力インピーダンスの低いエミッタフォロワーでベース電流を供給する従来の他のバイアス回路を示す図。
【図２２】従来のリニアライザーを利用して増幅器の線形動作を実現するシステムを示す概略図。
【符号の説明】
ＲＦ１…前段の増幅用バイポーラトランジスタ
ＲＦ２…後段の増幅用バイポーラトランジスタ
Ｂｉａｓ１…トランジスタＲＦ１のバイアス回路
Ｂｉａｓ２…トランジスタＲＦ２のバイアス回路
Ｃ１〜Ｃ５…キャパシタ
Ｌ１〜Ｌ７…インダクタ
Ｐｉｎ…入力端子
Ｐｏｕｔ…出力端子
Ｒ１〜Ｒ３…抵抗
Ｑ１〜Ｑ３…トランジスタ
Ｖｃｏｎｔ１、２…制御電圧
Ｖｃｃ…電源電圧
【発明の属する技術分野】
本発明は、線形増幅器及びこれを用いた無線通信装置に係り、特にバイポーラトランジスタ等を用いた利得可変機能を有する線形増幅器及びこれを用いた無線通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の増幅器は、振幅変動の大きい変調波信号を扱う時、利得圧縮による振幅のリミッティングを防ぐことが必要なため、飽和出力より大きくバックオフした値までの領域で使用している。このため、増幅器の効率が高い領域で使用することができない。
【０００３】
このような増幅器を飽和出力点付近まで線形増幅器として使用する方法として、その非線形をキャンセルするためのリニアライザー（図２２に示す。）が各種考案されている。代表的なものとしては、予め入力する信号に逆の歪み成分を形成する方法と、入力信号の振幅変動に応じ増幅器の利得を可変して、利得圧縮領域と線形領域とでの利得を同じにする方法等がある。
【０００４】
しかし、このようなリニアライザーは、その付加した回路部分が複雑で電力消費も大きいため、大電力を増幅するような無線基地局の最終段の増幅器では使用できても、携帯電話のような１Ｗ程度の出力用増幅器では、総合効率はほとんど向上せず、また部品の大きさが大きくなってしまう等のデメリットが多いため実用化されていない。
【０００５】
一方、幅広い出力ダイナミックレンジの範囲で線形な高効率増幅器は、バイアス条件をＢ級にしてアイドル電流を絞ることで実現する。しかしながら、実際には素子の相互コンダクタンスの非線型性により歪みが大きくなるので、アイドル電流を極端に絞るような深いＢ級にはできない。したがって、歪みの低い出力レベルの小さい領域では、バイアス電流をより極端に絞るようにして、バイアスを可変して使用することが望ましい。
【０００６】
バイポーラトランジスタを用いたＢ級増幅器は、平均コレクタ電流が出力レベルに応じて増加するので、バイアス回路もそれに応じて平均ベース電流の増加分を十分供給しなければならない。このため、エミッタフォロワー等を介してベース電流を供給するカレントミラー回路において、出力インピーダンスを下げて電圧を供給する図２０、或いは図２１に示すバイアス回路が一般的である。
【０００７】
図２０に示すバイアス回路では、抵抗Ｒ２′の一端にトランジスタＱ２′のコレクタが端子１′を介して接続されており、他端（端子２′側）にはＶｃｏｎｔの制御電圧が印加される。トランジスタＱ２′のベースはトランジスタＱ３′のエミッタに対して接続されている。このトランジスタＱ３′のベースは端子１′と接続されており、コレクタは電源電圧Ｖｃｃが印加されるようになっている。トランジスタＱ２′のエミッタは接地され、Ｑ３′のエミッタは抵抗Ｒ３′を介して接地されている。端子４′は増幅用トランジスタのベースに接続される。
【０００８】
また、図２１に示すバイアス回路では、トランジスタＱ２′の代わりとしてトランジスタＱ４′及びＱ５′が用いられている。即ち、トランジスタＱ４′のエミッタはトランジスタＱ５′のコレクタに接続され、Ｑ４′のコレクタは抵抗Ｒ２′に接続され、トランジスタＱ５′のエミッタは接地されている。トランジスタＱ４′及びＱ５′はそれぞれベースとコレクタが短絡され、これらのトランジスタはダイオードとして機能するようになっている。
【０００９】
しかし、このような回路で、電圧に比例して電流を絞って行こうとすると、そのコントロール電圧Ｖｃｏｎｔをかなり高くしなければ、温度変化に対するバイアス電流の変動の補償を十分に維持できない。ここで、コントロール電圧を高くすると、携帯電話のような制御電圧の低いシステムでは大きな問題となる。特に、ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）のような広いダイナミックレンジの出力レベルで線形に動作しなければならないシステムでは、高出力レベル時に歪み特性を満たすバイアス点では、低出力レベル下では電流、利得ともに大きすぎる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、従来の線形増幅器は、高効率動作時に線形動作を実現しようとすると、図２２に示したようなリニアライザーが必要である。しかし、リニアライザーを用いる方式は、携帯電話等の１Ｗクラスの増幅器では、小型化や総合効率という点であまり意味がなく、線形領域で動作させる場合、結果として２０〜３０％程度の低い効率で使用していた。
【００１１】
また、低出力時の電流を絞るためにバイアス電流を幅広くコントロールしようとすると、コントロール電圧を大きくしたり、温度補償を犠牲にする必要があり、ＣＤＭＡ等の広いダイナミックレンジの出力レベルで線形に動作しなければならないシステムでは、低電圧化や低消費電力化が難しかった。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来の回路に比べて回路や消費電流を増やすことなく、高出力時には線形動作を維持しつつ高効率動作を実現し、また低出力時には低いコントロール電圧でバイアス電流を絞ることが可能で、かつ温度補償も可能なバイアス回路を有する線形増幅器及びこれを用いた無線通信装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するために、本発明の第１は、ベースとコレクタ間が短絡されダイオード接続されるとともに、コレクタが第１の抵抗を介して電源端子に接続され、エミッタが接地された第１のトランジスタを備えた第１のカレントミラー回路と、コレクタ及びベースがそれぞれ電源端子に接続された第２のトランジスタを備えた第２のカレントミラー回路と、エミッタが接地された増幅トランジスタとを備え、前記第１のトランジスタのベース及び前記第２のトランジスタのエミッタが前記増幅トランジスタのベースに対して接続されていることを特徴とする線形増幅器を提供する。
【００１４】
また、本発明の第２は、エミッタが接地された増幅トランジスタを２段以上有する線形増幅器であって、ベースとコレクタ間が短絡されダイオード接続されるとともに、コレクタが第１の抵抗を介して電源端子に接続され、エミッタが接地された第１のトランジスタを備えた第１のカレントミラー回路と、コレクタ及びベースがそれぞれ電源端子に接続された第２のトランジスタを備えた第２のカレントミラー回路とを備え、前記第１のトランジスタのベース及び前記第２のトランジスタのエミッタが、前記増幅トランジスタのうち最終段より前段の増幅トランジスタのベースに対して接続されていることを特徴とする線形増幅器を提供する。
【００１５】
かかる本発明の第１及び第２において、以下の構成要件を備えることが望ましい。
【００１６】
（１）前記第１のトランジスタのコレクタと前記第２のトランジスタのベースとは共通の電源に接続されていること。
【００１７】
（２）前記第２のトランジスタのベースは第２の抵抗を介して電源端子に接続されていること。
【００１８】
（３）前記第１のトランジスタのコレクタは前記第２のトランジスタのベースに前記第１の抵抗を介して接続され、この第２のトランジスタのベースが前記第１のトランジスタの電源端子に接続されていること。
【００１９】
（４）前記第１のカレントミラー回路は前記第２のカレントミラー回路よりも前記増幅トランジスタ側から見て高インピーダンスであること。
【００２０】
（５）前記第２のトランジスタのベースは、直列に接続された複数のダイオードを介して接地されていること。
【００２１】
（６）前記複数のダイオードのそれぞれは、ベースとコレクタ間が短絡されダイオード接続されたトランジスタであること。
【００２２】
（７）前記第２のカレントミラー回路は第３のトランジスタを備え、この第３のトランジスタのエミッタは接地され、ベースは前記第１のトランジスタのベースに接続され、かつコレクタは前記第２のトランジスタのベースに接続されていること。
【００２３】
（８）前記増幅トランジスタの出力レベルが小さい時には、前記第１のカレントミラー回路により前記増幅トランジスタのベースに対してバイアスが供給され、前記増幅トランジスタの出力レベルが大きい時には、前記第２のカレントミラー回路により前記増幅トランジスタのベースに対してバイアスが供給されること。
【００２４】
（９）最終段より前段の前記増幅トランジスタの増幅特性における変調歪みが、最終段の前記増幅トランジスタの増幅特性における変調歪みを打ち消すように、前記第１及び第２のカレントミラー回路が設定されていることを特徴とする請求項２乃至１０記載の線形増幅器。
【００２５】
また、本発明の第３は、ベースとコレクタ間が短絡されダイオード接続されるとともに、コレクタが第１の抵抗を介して可変電源端子に接続され、エミッタが接地された第１のトランジスタを備えた第１のカレントミラー回路と、コレクタが電源端子に接続され、かつベースが可変電源端子に接続された第２のトランジスタを備えた第２のカレントミラー回路と、エミッタが接地された増幅トランジスタとを備え、前記第１のトランジスタのベース及び前記第２のトランジスタのエミッタが前記増幅トランジスタのベースに対して接続されていることを特徴とする線形増幅器を提供する。
【００２６】
また、本発明の第４は、エミッタが接地された増幅トランジスタを２段以上有する線形増幅器であって、ベースとコレクタ間が短絡されダイオード接続されるとともに、コレクタが第１の抵抗を介して可変電源端子に接続され、エミッタが接地された第１のトランジスタを備えた第１のカレントミラー回路と、コレクタが電源端子に接続され、かつベースが可変電源端子に接続された第２のトランジスタを備えた第２のカレントミラー回路とを備え、前記第１のカレントミラー回路及び前記第２のカレントミラー回路は、前記２段以上の増幅トランジスタ毎に設けられており、前記第１のトランジスタのベース及び前記第２のトランジスタのエミッタが、対応する前記増幅トランジスタのベースに対して接続されていることを特徴とする線形増幅器を提供する。
【００２７】
かかる本発明の第３及び第４において、以下の構成要件を備えることが望ましい。
【００２８】
（１）前記第１のトランジスタのコレクタと前記第２のトランジスタのベースとは共通の可変電源に接続されていること。
【００２９】
（２）前記２段以上の増幅トランジスタ毎に設けられている前記第１のカレントミラー回路及び前記第２のカレントミラー回路におけるすべての可変電源端子は、共通の可変電源の端子であることを特徴とする請求項１３又は１４記載の線形増幅器。
【００３０】
（３）前記第２のトランジスタのベースは第２の抵抗を介して可変電源端子に接続されていることを特徴とする請求項１２乃至１５記載の線形増幅器。
【００３１】
（４）前記第１のトランジスタのコレクタは前記第２のトランジスタのベースに前記第１の抵抗を介して接続され、この第２のトランジスタのベースが前記第１のトランジスタの可変電源端子に接続されていることを特徴とする請求項１２乃至１６記載の線形増幅器。
【００３２】
（５）前記第１のカレントミラー回路は前記第２のカレントミラー回路よりも前記増幅トランジスタ側から見て高インピーダンスであることを特徴とする請求項１２乃至１７記載の線形増幅器。
【００３３】
（６）前記第２のトランジスタのベースは、直列に接続された複数のダイオードを介して接地されていることを特徴とする請求項１２乃至１８記載の線形増幅器。
【００３４】
（７）前記複数のダイオードのそれぞれは、ベースとコレクタ間が短絡されダイオード接続されたトランジスタであることを特徴とする請求項１９記載の線形増幅器。
【００３５】
（８）前記第２のカレントミラー回路は第３のトランジスタを備え、この第３のトランジスタのエミッタは接地され、ベースは前記第１のトランジスタのベースに接続され、かつコレクタは前記第２のトランジスタのベースに接続されていることを特徴とする請求項１２乃至１８記載の線形増幅器。
【００３６】
（９）前記第２のカレントミラー回路のコレクタが接続される電源端子は固定電位の電源端子であることを特徴とする請求項１２乃至２１記載の線形増幅器。
【００３７】
（１０）前記可変電源端子の電源電圧が制御されることにより前記増幅トランジスタの利得可変が行われることを特徴とする請求項１２乃至２２記載の線形増幅器。
【００３８】
また、本発明の第５は、エミッタ接地トランジスタを増幅器とした２段以上の線形増幅器であって、その各段の増幅トランジスタの直流バイアス用ベース電圧を供給するバイアス回路は、ベースとコレクタ間が短絡されてダイオード接続された第１のトランジスタで前記ベース電圧を決める出力インピーダンスの高い第１のカレントミラー回路と、ベースとコレクタ間がエミッタフォロワートランジスタを介して接続された第２のトランジスタで前記ベース電圧を決める出力インピーダンスの低い第２のカレントミラー回路とが並列接続されてなることを特徴とする線形増幅器を提供する。
【００３９】
また、本発明の第６は、アノードが第１の抵抗を介して電源端子に接続され、カソードが接地されたダイオード素子を備えた第１のカレントミラー回路と、コレクタ及びベースがそれぞれ電源端子に接続されたトランジスタ素子を備えた第２のカレントミラー回路と、エミッタが接地された増幅トランジスタとを備え、前記ダイオード素子のアノード及び前記トランジスタ素子のエミッタが前記増幅トランジスタのベースに対して接続されていることを特徴とする線形増幅器を提供する。
【００４０】
さらにまた、本発明の第７は、エミッタが接地された増幅トランジスタを２段以上有する線形増幅器であって、アノードが第１の抵抗を介して電源端子に接続され、カソードが接地されたダイオード素子を備えた第１のカレントミラー回路と、コレクタ及びベースがそれぞれ電源端子に接続されたトランジスタ素子を備えた第２のカレントミラー回路とを備え、前記ダイオード素子のアノード及び前記トランジスタ素子のエミッタが、前記増幅トランジスタのうち最終段より前段の増幅トランジスタのベースに対して接続されていることを特徴とする線形増幅器を提供する。
【００４１】
また、本発明の第８は、アノードが第１の抵抗を介して可変電源端子に接続され、カソードが接地されたダイオード素子を備えた第１のカレントミラー回路と、コレクタが電源端子に接続され、かつベースが可変電源端子に接続されたトランジスタ素子を備えた第２のカレントミラー回路と、エミッタが接地された増幅トランジスタとを備え、前記ダイオード素子のアノード及び前記トランジスタ素子のエミッタが、前記増幅トランジスタのベースに対して接続されていることを特徴とする線形増幅器を提供する。
【００４２】
さらにまた、本発明の第９は、エミッタが接地された増幅トランジスタを２段以上有する線形増幅器であって、アノードが第１の抵抗を介して可変電源端子に接続され、カソードが接地されたダイオード素子を備えた第１のカレントミラー回路と、コレクタが電源端子に接続され、かつベースが可変電源端子に接続されたトランジスタ素子を備えた第２のカレントミラー回路とを備え、前記第１のカレントミラー回路及び前記第２のカレントミラー回路は、前記２段以上の増幅トランジスタ毎に設けられており、前記ダイオード素子のアノード及び前記トランジスタ素子のエミッタが、対応する前記増幅トランジスタのベースに対して接続されていることを特徴とする線形増幅器を提供する。
【００４３】
さらにまた、本発明の第１０は、エミッタ接地トランジスタを増幅器とした２段以上の線形増幅器であって、その各段の増幅トランジスタの直流バイアス用ベース電圧を供給するバイアス回路は、ダイオード素子で前記ベース電圧を決める出力インピーダンスの高い第１のカレントミラー回路と、ベースとコレクタ間がエミッタフォロワートランジスタを介して接続された第２のトランジスタで前記ベース電圧を決める出力インピーダンスの低い第２のカレントミラー回路とが並列接続されてなることを特徴とする線形増幅器を提供する。
【００４４】
また、上記した本発明の線形増幅器を増幅器として用いた無線通信装置を提供する。
【００４５】
かかる本発明の無線通信装置において、出力レベルが小さい時に前記可変電源端子の電源電圧が低く設定され、最終段の前記増幅トランジスタの利得が減少することが望ましい
上記本発明によれば、高出力動作時には、最終段の増幅トランジスタ以外の少なくとも１つの増幅トランジスタ及びそのバイアス回路において、入力レベルの小さい時に第１のカレントミラー回路でバイアスが供給され、入力レベルが大きくなった時に第２のカレントミラー回路でバイアスが供給されるようにすることにより、その増幅トランジスタのＡＭ−ＡＭ特性が最終段の増幅トランジスタのＡＭ−ＡＭ特性の変化をキャンセルするようにすることが可能であり、最終段が高効率動作時であっても相互変調歪みを小さくすることが可能である。
【００４６】
さらに、入力電力レベルやバイアス電流を決めるコントロール電圧に応じて、第１及び第２のカレントミラー回路を動作させることにより、高効率時の線形動作と低出力時の低消費電流化を実現することが可能となる。
【００４７】
また、低出力レベルで使用時には、コントロール電圧を下げてアイドル電流を絞ることにより、歪みを犠牲にすることなく低消費電流化を図ることができる。
【００４８】
さらにまた、上記線形増幅器をＣＤＭＡの端末の最終段の増幅器として使用することにより、出力の広いダイナミックレンジにおける低消費電力化とシステムの簡素化を行うことが可能となる。
【００４９】
例えば、増幅器の第１のカレントミラー回路の電流源の役割をする抵抗を介して与えるコントロール電圧の端子と、第２のカレントミラー回路の電流源の役割をする抵抗を介して与えるコントロール電圧の端子とを接続し、トランジスタのベースエミッタ間電圧Ｖｂｅのオン電圧の２倍以下のコントロール電圧では、第１のカレントミラーでバイアス電圧を供給し、それ以上では第１及び第２のカレントミラー回路でバイアス電圧を供給する。これにより、広いコントロール電圧範囲で利得可変とその温度変化に対する補償とを両立することができる。また、最終段を含む複数の増幅段のバイアス回路のコントロール電圧を同時に可変として、低利得・低出力使用時に低い消費電流動作が可能となる。
【００５０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００５１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る線形増幅器のバイアス回路の構成を示す回路図である。また、図２は、本発明の第１及び第２の実施形態に係る線形増幅器の回路構成を示す回路図である。
【００５２】
図２に示すように、本実施形態の線形増幅器は２段構成の増幅器からなるものである。ＲＦ１及びＲＦ２は増幅用バイポーラトランジスタであり、ＲＦ１が前段のトランジスタ、ＲＦ２が後段のトランジスタである。これらのトランジスタＲＦ１及びＲＦ２のベースにはそれぞれバイアス回路Ｂｉａｓ１及びＢｉａｓ２が接続されている。Ｃ１乃至Ｃ５はキャパシタであり図示される容量を有するものである。また、Ｌ１乃至Ｌ７はインダクタであり図示されるインダクタンスを有するものである。Ｐｉｎは入力端子、Ｐｏｕｔは出力端子である。
【００５３】
ＲＦ１及びＲＦ２のコレクタにはそれぞれインダクタＬ２、Ｌ３を介して電源電圧Ｖｃｃ＝３．６Ｖが印加されている。また。バイアス回路Ｂｉａｓ１及びＢｉａｓ２はそれぞれ制御端子に接続され、それぞれＶｃｏｎｔ１、Ｖｃｏｎｔ２の制御電圧が印加されるようになっている。さらに、これらのバイアス回路Ｂｉａｓ１及びＢｉａｓ２には電源電圧Ｖｃｃ＝３．６Ｖがそれぞれ印加されている。
【００５４】
次に、本実施形態のバイアス回路について説明する。図１に示すように、抵抗Ｒ１の一端にトランジスタＱ１のコレクタが接続されており、他端（端子３側）にはＶｃｏｎｔ１、２の制御電圧が印加される。また、抵抗Ｒ２の一端にトランジスタＱ２のコレクタが端子１を介して接続されており、他端（端子２側）にはＶｃｏｎｔ１、２の制御電圧が印加される。第１及び第２のカレントミラー回路の端子３と２とは共通に接続され、Ｖｃｏｎｔ１、２に接続されている。
【００５５】
トランジスタＱ１のベースとコレクタは短絡され、このトランジスタはダイオードとして機能するようになっている。また、トランジスタＱ１及びＱ２のベースは共通に接続されており、トランジスタＱ３のエミッタに対して接続されている。このトランジスタＱ３のベースは端子１と接続されており、コレクタは電源電圧Ｖｃｃが印加されるようになっている。トランジスタＱ１及びＱ２のエミッタはともに接地されている。なお、トランジスタＱ３のエミッタ側（端子４）も接地されるが、抵抗Ｒ３を介して接地してもよい。端子４はトランジスタＲＦ１及びＲＦ２のベースに接続される。
【００５６】
かかる構成のバイアス回路において、第１のカレントミラー回路は、抵抗Ｒ１及びトランジスタＱ１から構成され、一方第２のカレントミラー回路は、抵抗Ｒ２並びにトランジスタＱ２及びＱ３から構成される。
【００５７】
次に、上述した第１及び第２のカレントミラー回路を増幅用バイポーラトランジスタＲＦ１及びＲＦ２のバイアス回路に用いた場合の回路の設定及び動作について説明する。図３及び図４は、それぞれ、図２の線形増幅器における後段及び前段の増幅器に用いられた図１のバイアス回路の動作状況を示す回路図である。
【００５８】
図２乃至図４においては、トランジスタとして、ＩｎＧａＰをエミッタとして用いＧａＡｓをベースとして用いたＨＢＴ（Ｈｅｔｅｒｏ−Ｂｉｐｏｌａｒ−Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が使用されている。このトランジスタではベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅが約１．３Ｖで動作するようになっている。トランジスタのエミッタサイズは、Ｑ１が４×２０ｕｍ２、Ｑ２が４×２０ｕｍ２、Ｑ３が４×６０ｕｍ２のエミッタサイズである。また、増幅トランジスタＲＦ１、ＲＦ２はともにエミッタサイズが４×３０ｕｍ２であり、それぞれ６本、３２本のマルチエミッタ構造となっている。
【００５９】
図３に示すように、後段のトランジスタＲＦ２に対しては、高出力時に高効率を実現するために、後段のバイアス回路（Ｂｉａｓ２）がＡＢ級のバイアスとなるようにする。この場合、図１のバイアス回路で第２のカレントミラー回路のＱ３が既にＯＮとなるように、即ち端子１の電圧が２倍のＶｂｅ以上となるように、抵抗Ｒ１、Ｒ２及びコントロール電圧Ｖｃｏｎｔ２を設定する。
【００６０】
例えば、図３のバイアス回路Ｂｉａｓ２において、Ｒ１＝１ＫＷ、Ｒ２＝２００Ｗ、コントロール電圧（Ｖｃｏｎｔ２）を３．０Ｖに設定すると、端子１の電圧はＶｂｅの２倍の約２．６Ｖ、Ｑ２のコレクタ電流は約２ｍＡ、Ｑ１のコレクタ電流も２ｍＡである（Ｑ１とＱ２とは同じトランジスタサイズ）。また、Ｒ１に流れる電流は１．７ｍＡ、Ｒ２に流れる電流は２ｍＡ、Ｑ３のコレクタ電流は０．５ｍＡである。この時、後段のトランジスタＲＦ２がトランジスタＱ１の３０倍のサイズの場合、トランジスタＲＦ２のバイアス電流は約６０ｍＡにバイアスされる。
【００６１】
図５は、図２の線形増幅器における後段の増幅器のみのＡＭ−ＡＭ特性、効率、歪みを示す特性図である。図５に示されるように、効率（η）の高い領域ではＡＭ−ＡＭ特性のずれにより２周波入力のＩＭ３が大きく劣化している。ここでＩＭ３は歪みに対応する。この後段の増幅器におけるＡＭ−ＡＭ特性を補正するため、前段の増幅器に対するバイアス回路（Ｂｉａｓ１）において、ＲＦ入力が無いか小さい時のバイアス電圧が第１のカレントミラー回路のみで決まるようにし、ＲＦ入力レベルが上がってきた時には第２のカレントミラー回路でバイアス電圧を決めるようにする。これにより、前段の増幅器におけるＡＭ−ＡＭ特性の変化が後段の増幅器におけるＡＭ−ＡＭ特性の変化を相殺するようになり、２段構成の増幅器全体のＡＭ−ＡＭ特性を改善することが可能となる。
【００６２】
例えば、前段のトランジスタＲＦ１に対して、図４に示すように、Ｒ１＝８５０Ｗ、Ｒ２＝３００Ｗとし、コントロール電圧を３．０Ｖとした場合、トランジスタＲＦ１のベースに流れる電流が０．０１ｍＡである時には、端子１の電圧は２．４Ｖ、トランジスタＱ１及びＱ２のコレクタ電流は２ｍＡ、Ｑ３のコレクタ電流は約０ｍＡである。この時、前段のトランジスタＲＦ１がトランジスタＱ１の１２倍のサイズの場合、トランジスタＲＦ１のバイアス電流は約２４ｍＡにバイアスされる。
【００６３】
一方、トランジスタＲＦ１のベースに流れる電流が１．２ｍＡとなった時は、上記と同様に、Ｒ１＝８５０Ｗ、Ｒ２＝３００Ｗとし、コントロール電圧を３．０Ｖとすると、端子１の電圧は２．４６Ｖ、トランジスタＱ１及びＱ２のコレクタ電流は１．８ｍＡ、Ｑ３のコレクタ電流は約０．９ｍＡである。トランジスタＱ１及びＱ２のベース電流はともに０．３ｍＡとなり、トランジスタＲＦ１のベースへは０．３＋０．９＝１．２ｍＡの電流が流れる。また、この時、前段のトランジスタＲＦ１がトランジスタＱ１の１２倍のサイズの場合、トランジスタＲＦ１のバイアス電流は約２１．６ｍＡにバイアスされる。
【００６４】
トランジスタＲＦ１のベース電流ＩＢがゼロか小さい時には、トランジスタＱ１はオンしているが、トランジスタＱ３はＯＦＦの状態である。ベース電流ＩＢが増加し始めると、このベース電流ＩＢの増加分だけＲ１に流れる電流も増加する。これによりトランジスタＱ１のベースエミッタ間電圧Ｖｂｅ１が下がるので、第１のカレントミラー回路に基づく利得が低下する。また、トランジスタＱ１はＯＦＦするようになる。
【００６５】
一方、トランジスタＱ３のエミッタの電圧はトランジスタＱ１のベース電圧Ｖｂｅ１とともに低下するので、トランジスタＱ３のベースエミッタ間電圧Ｖｂｅ２は増加しＯＮ状態となり、第２のカレントミラー回路が動作するようになる。したがって、トランジスタＲＦ１のベース電流ＩＢはＱ３から供給されるようになり、ＲＦ１のベース電圧は一定に保たれ、コレクタ電流の増加に伴うＧｍの上昇により利得が増加する。この場合の図２の線形増幅器における前段の増幅器のみのＡＭ−ＡＭ特性等を示すと図６のようになる。
【００６６】
図７は、図２の線形増幅器全体のＡＭ−ＡＭ特性、効率、歪みを示す特性図である。図７に示すように、後段の増幅器における利得圧縮を前段の増幅器における利得増加で補償しているので、２段構成のアンプとして動作させた時のＡＭ−ＡＭ特性のずれがほとんどなく線形に動作させることが可能となり、高い効率でもＩＭ３が改善していることがわかる。
【００６７】
（第２の実施形態）
図８は、本発明の第２の実施形態に係る線形増幅器のバイアス回路の構成を示す回路図である。図１と同一部分には同一の符号を付して示す。図８に示すように、本実施形態に係る線形増幅器のバイアス回路が第１の実施形態に係るバイアス回路と異なるのは、第２のカレントミラー回路として、ベースとコレクタが短絡されたトランジスタが直列に接続されたものを用いている点である。
【００６８】
即ち、図８に示すように第２のカレントミラー回路において、トランジスタＱ４のエミッタはトランジスタＱ５のコレクタに接続され、Ｑ４のコレクタは抵抗Ｒ２に接続され、トランジスタＱ５のエミッタは接地されている。トランジスタＱ４及びＱ５はそれぞれベースとコレクタが短絡され、これらのトランジスタはダイオードとして機能するようになっている。なお、トランジスタＱ１のベースは端子４を経てトランジスタＲＦ１、ＲＦ２のベースに接続されている。
【００６９】
次に、図８に示した第１及び第２のカレントミラー回路を増幅用バイポーラトランジスタＲＦ１及びＲＦ２のバイアス回路に用いた場合の回路の設定及び動作について説明する。図９及び図１０は、それぞれ、図２の線形増幅器における後段及び前段の増幅器に用いられた図８のバイアス回路の動作状況を示す回路図である。
【００７０】
これらの図においても、上記トランジスタとしては、第１の実施形態と同様にＩｎＧａＰ／ＧａＡｓを用いたＨＢＴが使用されている。このトランジスタではベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅが約１．２乃至１．３Ｖで動作するようになっている。トランジスタのエミッタサイズは、Ｑ１が４×２０ｕｍ２、Ｑ３が４×６０ｕｍ２、Ｑ４、Ｑ５が４×２０ｕｍ２のエミッタサイズである。
【００７１】
第１の実施形態でも述べたように、後段のトランジスタＲＦ２に対しては、高出力時に高効率を実現するために、後段のバイアス回路（Ｂｉａｓ２）がＡＢ級のバイアスとなるようにする。この場合、図８のバイアス回路で第２のカレントミラー回路のＱ３が既にＯＮとなるように、即ち端子１の電圧が２倍のＶｂｅ以上となるように、抵抗Ｒ１、Ｒ２及びコントロール電圧Ｖｃｏｎｔ２を設定する。
【００７２】
例えば、図９に示すようにバイアス回路Ｂｉａｓ２において、Ｒ１＝１ＫＷ、Ｒ２＝４００Ｗ、コントロール電圧（Ｖｃｏｎｔ２）を３．０Ｖに設定すると、端子１の電圧はＶｂｅの２倍の約２．６Ｖ、Ｑ４及びＱ５のコレクタ電流は約１ｍＡ、Ｑ１のコレクタ電流は２ｍＡである。また、Ｒ１に流れる電流は１．７ｍＡ、Ｒ２に流れる電流は１ｍＡ、Ｑ３のコレクタ電流は０．５ｍＡである。この時、後段のトランジスタＲＦ２がトランジスタＱ１の３０倍のサイズの場合、トランジスタＲＦ２のバイアス電流は約６０ｍＡにバイアスされる。
【００７３】
かかる後段の増幅器のみのＡＭ−ＡＭ特性、効率、歪みを示す特性も、図５に示されるものと同様に、効率（η）の高い領域ではＡＭ−ＡＭ特性のずれにより２周波入力のＩＭ３が大きく劣化している。ここでＩＭ３は歪みに対応する。この後段の増幅器におけるＡＭ−ＡＭ特性を補正するため、第１の実施形態と同様に前段の増幅器に対するバイアス回路（Ｂｉａｓ１）において、ＲＦ入力が無いか小さい時のバイアス電圧が第１のカレントミラー回路のみで決まるようにし、ＲＦ入力レベルが上がってきた時には第２のカレントミラー回路でバイアス電圧を決めるようにする。これにより、前段の増幅器におけるＡＭ−ＡＭ特性の変化が後段の増幅器におけるＡＭ−ＡＭ特性の変化を相殺するようになり、２段構成の増幅器全体のＡＭ−ＡＭ特性を改善することが可能となる。
【００７４】
例えば、図１０に示すように前段のトランジスタＲＦ１に対して、Ｒ１＝５００Ｗ、Ｒ２＝３００Ｗとし、コントロール電圧を２．３Ｖとした場合、トランジスタＲＦ１のベースに流れる電流が０．０１ｍＡである時には、Ｑ４及びＱ５にはコレクタ電流が流れず、端子１の電圧は２．３Ｖ、トランジスタＱ１のコレクタ電流は２ｍＡ、Ｑ３のコレクタ電流は約０ｍＡである。この時、前段のトランジスタＲＦ１がトランジスタＱ１の１２倍のサイズの場合、トランジスタＲＦ１のバイアス電流は約２０ｍＡにバイアスされる。
【００７５】
一方、トランジスタＲＦ１のベースに流れる電流が１．２ｍＡとなった時は、上記と同様に、Ｒ１＝５００Ｗ、Ｒ２＝３００Ｗとし、コントロール電圧を２．３Ｖとすると、端子１の電圧は２．３Ｖ、端子４の電圧は１．１Ｖ、トランジスタＱ１のコレクタ電流は２．４ｍＡ、Ｑ３のコレクタ電流は約０．８ｍＡである。トランジスタＱ１のベース電流は０．４ｍＡとなり、トランジスタＲＦ１のベースへは０．４＋０．８＝１．２ｍＡの電流が流れる。また、この時、前段のトランジスタＲＦ１のバイアス電流は約５０ｍＡにバイアスされる。
【００７６】
なお、図１０に示すように、本実施形態における線形増幅器の前段の増幅器において、トランジスタＱ４及びＱ５に流れる電流は、トランジスタＲＦ１のベース電流がいかなる値をとっても常にゼロとなる。コントロール電圧（Ｖｃｏｎｔ１）がトランジスタＱ４、Ｑ５の動作電圧の２倍より小さいからである。
【００７７】
本実施形態のバイアス回路においても第１の実施形態と同様に、トランジスタＲＦ１のベース電流ＩＢがゼロか小さい時には、トランジスタＱ１はオンしているが、トランジスタＱ３はＯＦＦの状態である。ベース電流ＩＢが増加し始めると、このベース電流ＩＢの増加分だけＲ１に流れる電流も増加する。これによりトランジスタＱ１のベースエミッタ間電圧Ｖｂｅ１が下がるので、第１のカレントミラー回路に基づく利得が低下する。また、トランジスタＱ１はＯＦＦするようになる。
【００７８】
一方、トランジスタＱ３のエミッタの電圧はトランジスタＱ１のベース電圧Ｖｂｅ１とともに低下するので、トランジスタＱ３のベースエミッタ間電圧Ｖｂｅ２は増加しＯＮ状態となり、第２のカレントミラー回路が動作するようになる。したがって、トランジスタＲＦ１のベース電流ＩＢはＱ３から供給されるようになり、ＲＦ１のベース電圧は一定に保たれ、コレクタ電流の増加に伴うＧｍの上昇により利得が増加する。これにより、図７に示したものと同様に、後段の増幅器における利得圧縮を前段の増幅器における利得増加で補償しているので、２段構成のアンプとして動作させた時のＡＭ−ＡＭ特性のずれがほとんどなく線形に動作させることができ、高い効率でもＩＭ３を改善することが可能となる。
【００７９】
（第３の実施形態）
図１１は本発明の第３の実施形態に係る線形増幅器の回路構成を示す回路図である。本実施形態では、最終段を含む複数の増幅用トランジスタのバイアス回路に対するコントロール電圧が同時に可変となっている。このコントロール電圧を制御することにより、広いコントロール電圧範囲において利得可変とその温度変化に対する補償を両立できるようにしている。特に、低利得、低出力使用時に低い消費電流動作を可能とするものである。
【００８０】
図１１に示すように、本実施形態の線形増幅器は２段構成の増幅器からなるものである。ＲＦ１及びＲＦ２は増幅用バイポーラトランジスタであり、ＲＦ１が前段のトランジスタ、ＲＦ２が後段のトランジスタである。これらのトランジスタＲＦ１及びＲＦ２のベースにはそれぞれバイアス回路が接続されている。Ｃ１乃至Ｃ５はキャパシタであり図示される容量を有するものである。また、Ｌ１乃至Ｌ３、Ｌ５乃至Ｌ８はインダクタであり図示されるインダクタンスを有するものである。さらに、Ｒｂは抵抗であり図示される抵抗値を有するものである。Ｐｉｎは入力端子、Ｐｏｕｔは出力端子である。
【００８１】
ＲＦ１及びＲＦ２のコレクタにはそれぞれインダクタＬ２、Ｌ３を介して電源電圧Ｖｃｃ＝３．６Ｖが印加されている。また。バイアス回路は制御電圧端子に接続され、Ｖｃｏｎｔの制御電圧が印加されるようになっている。さらに、これらのバイアス回路には電源電圧Ｖｃｃ＝３．６Ｖがそれぞれ印加されている。
【００８２】
次に、本実施形態のバイアス回路について説明する。図１２は、本発明の第３の実施形態に係る線形増幅器のバイアス回路の構成を示す回路図である。
【００８３】
図１２に示すように、本実施形態のバイアス回路は第１の実施形態のバイアス回路を２つ利用したものとなっている。即ち、抵抗Ｒ１の一端にトランジスタＱ１のコレクタが接続されており、他端にはＶｃｏｎｔの制御電圧が印加される。また、抵抗Ｒ２の一端にトランジスタＱ２のコレクタが端子１を介して接続されており、他端にはＶｃｏｎｔの制御電圧が印加される。
【００８４】
トランジスタＱ１のベースとコレクタは短絡され、このトランジスタはダイオードとして機能するようになっている。また、トランジスタＱ１及びＱ２のベースは共通に接続されており、トランジスタＱ３のエミッタに対して接続されている。このトランジスタＱ３のベースは端子１と接続されており、コレクタは電源電圧Ｖｃｃが印加されるようになっている。トランジスタＱ１及びＱ２のエミッタはともに接地されている。なお、トランジスタＱ３のエミッタ側（端子４）も抵抗を介して接地されている。
【００８５】
かかる構成のバイアス回路において、第１のカレントミラー回路は、抵抗Ｒ１及びトランジスタＱ１から構成され、一方第２のカレントミラー回路は、抵抗Ｒ２並びにトランジスタＱ２及びＱ３から構成される。
【００８６】
また、以上の構成と並列してこれと同様に、抵抗Ｒ４の一端にトランジスタＱ６のコレクタが接続されており、他端にはＶｃｏｎｔの制御電圧が印加される。また、抵抗Ｒ５の一端にトランジスタＱ７のコレクタが端子５を介して接続されており、他端にはＶｃｏｎｔの制御電圧が印加される。トランジスタＱ６のベースとコレクタは短絡され、このトランジスタはダイオードとして機能するようになっている。また、トランジスタＱ６及びＱ７のベースは共通に接続されており、トランジスタＱ８のエミッタに対して接続されている。このトランジスタＱ８のベースは端子５と接続されており、コレクタは電源電圧Ｖｃｃが印加されるようになっている。トランジスタＱ６及びＱ７のエミッタはともに接地されている。なお、トランジスタＱ３のエミッタ側（端子４）も抵抗を介して接地されている。
【００８７】
かかる構成のバイアス回路において、第１のカレントミラー回路は、抵抗Ｒ４及びトランジスタＱ６から構成され、一方第２のカレントミラー回路は、抵抗Ｒ５並びにトランジスタＱ７及びＱ８から構成される。
【００８８】
以上の回路構成において、端子４はトランジスタＲＦ１のベースに、端子６はトランジスタＲＦ２のベースにそれぞれ接続されている。本実施形態では、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ５は共通に接続され、Ｖｃｏｎｔに接続されているが、Ｒ１はＲ２を介して、Ｒ４はＲ５を介してそれぞれＶｃｏｎｔに接続されるように構成しても良い。なお、図１２ではＲ１、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ５はそれぞれ図示の抵抗値を有し、電源電圧Ｖｃｃは３．６Ｖに設定されている。
【００８９】
さらに、上記トランジスタとしては、ＩｎＧａＰをエミッタとして用いＧａＡｓをベースとして用いたＨＢＴが使用されている。このトランジスタではベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅが約１．３Ｖで動作するようになっている。トランジスタサイズは、Ｑ１、Ｑ２が４×１０ｕｍ２、Ｑ３、Ｑ８が４×３０ｕｍ２、Ｑ６、Ｑ７が４×２０ｕｍ２のエミッタサイズである。また、増幅トランジスタＲＦ１、ＲＦ２はともにエミッタサイズが４×３０ｕｍ２であり、それぞれ６本、３２本のマルチエミッタ構造となっている。
【００９０】
図１２において、増幅器の第１のカレントミラー回路における電流源の役割としての抵抗Ｒ１、Ｒ４を介してコントロール電圧Ｖｃｏｎｔが与えられ、かつ第２のカレントミラー回路における電流源の役割としての抵抗Ｒ２、Ｒ５を介してコントロール電圧Ｖｃｏｎｔが与えられる。これらのコントロール電圧Ｖｃｏｎｔの端子は互いに接続されて、トランジスタＱ８のベース電位がベースエミッタ間電圧Ｖｂｅのオン電圧の２倍以下となる時、第１のカレントミラーでバイアス電圧を供給し、それ以上では第１及び第２のカレントミラー回路でバイアス電圧を供給する。これにより、広いコントロール電圧範囲で利得可変とその温度変化に対する補償とを両立することができる。また、増幅トランジスタＲＦ１、ＲＦ２のバイアス回路のコントロール電圧を同時に可変として、低利得・低出力使用時に低い消費電流動作が可能となる。
【００９１】
また、図１１のバイアス回路には、第２の実施形態で述べた回路構成、即ちベースとコレクタが短絡されたトランジスタが直列に接続されたものを用いることが可能である。図１３は、本発明の第３の実施形態に係る線形増幅器のバイアス回路の変形例を示す回路図である。
【００９２】
図１３に示すように、第２のカレントミラー回路において、トランジスタＱ２のエミッタはトランジスタＱ２′のコレクタに接続され、Ｑ２のコレクタは抵抗Ｒ２に接続され、トランジスタＱ２′のエミッタは接地されている。トランジスタＱ２及びＱ２′はそれぞれベースとコレクタが短絡され、これらのトランジスタはダイオードとして機能するようになっている。
【００９３】
また、かかる構成と並列してこれと同様に、第２のカレントミラー回路において、トランジスタＱ５のエミッタはトランジスタＱ５′のコレクタに接続され、Ｑ５のコレクタは抵抗Ｒ５に接続され、トランジスタＱ５′のエミッタは接地されている。トランジスタＱ５及びＱ５′はそれぞれベースとコレクタが短絡され、これらのトランジスタはダイオードとして機能するようになっている。
【００９４】
以上の回路構成において、トランジスタＱ１のベースは端子４を経てトランジスタＲＦ１に、トランジスタＱ４のベースは端子６を経てトランジスタＲＦ２のベースに接続されている。本実施形態では、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ５は共通に接続され、Ｖｃｏｎｔに接続されているが、Ｒ１はＲ２を介して、Ｒ４はＲ５を介してそれぞれＶｃｏｎｔに接続されるように構成しても良い。なお、図１３ではＲ１、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ５はそれぞれ図示の抵抗値を有し、電源電圧Ｖｃｃは３．６Ｖに設定されている。
【００９５】
さらに、上記トランジスタとしては、図１２と同様にＩｎＧａＰ／ＧａＡｓを用いたＨＢＴが使用されている。このトランジスタではベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅが約１．３Ｖで動作するようになっている。トランジスタのエミッタサイズは、Ｑ１、Ｑ２が４×１０ｕｍ２、Ｑ３、Ｑ８が４×３０ｕｍ２、Ｑ６が４×２０ｕｍ２、Ｑ２、Ｑ２′が４×１０ｕｍ２、Ｑ５、Ｑ５′が４×２０ｕｍ２のエミッタサイズである。
【００９６】
図１３において、コントロール電圧Ｖｃｏｎｔは図１２のものと同様に与えられる。トランジスタＱ８のベース電位がベースエミッタ間電圧Ｖｂｅのオン電圧の２倍以下となる時、第１のカレントミラーでバイアス電圧を供給し、それ以上では第１及び第２のカレントミラー回路でバイアス電圧を供給する。これにより、図１２に示す実施形態と同様に、広いコントロール電圧範囲で利得可変とその温度変化に対する補償とを両立することができ、また、低利得・低出力使用時に低い消費電流動作も可能となる。
【００９７】
なお、図１３に示すように、ベースとコレクタが短絡されたトランジスタ（Ｑ２、Ｑ２′、Ｑ５、Ｑ５′）が直列に接続されたものを用いることにより、低出力時のＲ２、Ｒ５に流れる電流を０ｍＡにすることが可能である。
【００９８】
図１４は、本発明の第３の実施形態に係る線形増幅器のバイアス回路のコントロール電圧に対する利得とバイアス電流を示す特性図である。測定は１．９ＧＨｚの周波数で行われている。図１４に示すように、コントロール電圧が１．６Ｖから２．８Ｖの間で利得可変が線形に行われている。また、低出力レベルにおいて、電流を大きく絞ることができることがわかる。
【００９９】
図１５は、本発明の第３の実施形態に係る線形増幅器の入出力特性を示す特性図である。この図からわかるように、コントロール電圧Ｖｃｏｎｔ＝１．６Ｖ、２．０Ｖ、２．４Ｖ、２．６Ｖ、２．８Ｖにおいて、入出力特性の線形性が良好に維持されており、優れた増幅特性を得ることが可能である。
【０１００】
図１６は、本発明の第３の実施形態に係る線形増幅器の出力レベルと消費電流との関係を示す特性図である。この図からわかるように、コントロール電圧Ｖｃｏｎｔが２．８Ｖ、２．６Ｖ、２．４Ｖ、２．０Ｖ、１．６Ｖと小さくなるにつれて消費電流は小さくなり、特にＶｃｏｎｔが１．６Ｖ、２．０Ｖでは消費電流低減の効果が著しい。したがって、出力レベルに応じてコントロール電圧を調整することにより消費電流の最適化を図ることが可能である。
【０１０１】
また、本発明の第３の実施形態に係る線形増幅器をＣＤＭＡの最終段の増幅器として使用することが可能である。図１７は、この場合の歪み特性を示す特性図であり、ＩＳ−９５のＣＤＭＡ信号とした場合の９００ＭＨｚ離調の隣接チャネル漏洩電力比と出力レベルとの関係を示すものである。
【０１０２】
この隣接チャネル漏洩電力比は、キャリアを１．２３ＭＨｚとして、隣接チャネル漏洩電力を３０ｋＨｚで積分して得たものである。図１７に示すように、出力レベルが０ｄＢｍ以下では、電流を２０ｍＡ（図１６）まで絞っても歪みレベルが−５０ｄＢｃ以下と小さく、−２０ｄＢｍ以下では、電流を６ｍＡ（図１６）と極端に絞っても歪みレベルが小さい。したがって、出力レベルに応じて歪みと消費電流の最適化を図ることが可能である。
【０１０３】
図１８は、従来のＣＤＭＡの出力レベルの可変システムの例を示す概略図である。また、図１９は、本発明の第３の実施形態に係る可変利得の線形増幅器を利用した場合におけるＣＤＭＡの出力レベル可変システムの例を示す概略図である。
【０１０４】
図１８に示すように、従来、増幅器の前段の利得可変増幅器や可変減衰器によりすべての可変利得機能が行われていた。本発明による線形増幅器を用いれば、かかる増幅器の前段の利得可変増幅器や可変減衰器により行われていた可変利得機能の一部を、最終段の増幅器に担わせることにより、増幅器前段のシステムの負荷を下げることができる。また、本発明による線形増幅器を、例えば１０〜３０ｄＢの利得可変増幅器として用いることにより、図１９に示すように前段の可変減衰器等を省略することが可能となる。
【０１０５】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることはない。例えば、ベースとコレクタ間が短絡されダイオード接続されたトランジスタを使用したが、この代わりにダイオードを用いることも可能である。例えば、第１のカレントミラー回路において、コレクタが第１の抵抗を介して電源端子に接続され、エミッタが接地された第１のトランジスタの代わりに、アノードが第１の抵抗を介して電源端子に接続され、カソードが接地されたダイオード素子を用いることが可能である。
【０１０６】
また、本発明の線形増幅器は、ＣＤＭＡ以外の他のデジタル携帯電話システムにも適用することが可能である。
【０１０７】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。
【０１０８】
【発明の効果】
本発明の線形増幅器によれば、最終段が高効率動作時であっても相互変調歪みを小さくし、高効率時の線形動作を確保して、低出力時の低消費電流化を実現することが可能となる。
【０１０９】
また、低出力レベルで使用時には、コントロール電圧を下げてアイドル電流を絞ることにより、歪みを犠牲にすることなく低消費電流化を図ることができる。
【０１１０】
さらにまた、本発明の無線通信装置によれば、出力の広いダイナミックレンジにおける低消費電力化とシステムの簡素化を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る線形増幅器のバイアス回路の構成を示す回路図。
【図２】本発明の第１及び第２の実施形態に係る線形増幅器の回路構成を示す回路図。
【図３】図２の線形増幅器における後段の増幅器に用いられた図１のバイアス回路の動作状況を示す回路図。
【図４】図２の線形増幅器における前段の増幅器に用いられた図１のバイアス回路の動作状況を示す回路図。
【図５】図２の線形増幅器における後段の増幅器のみのＡＭ−ＡＭ特性、効率、歪みを示す特性図。
【図６】図２の線形増幅器における前段の増幅器のみのＡＭ−ＡＭ特性等を示す特性図。
【図７】図２の線形増幅器全体のＡＭ−ＡＭ特性、効率、歪みを示す特性図。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る線形増幅器のバイアス回路の構成を示す回路図。
【図９】図２の線形増幅器における後段の増幅器に用いられた図８のバイアス回路の動作状況を示す回路図。
【図１０】図２の線形増幅器における前段の増幅器に用いられた図８のバイアス回路の動作状況を示す回路図。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る線形増幅器の回路構成を示す回路図。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る線形増幅器のバイアス回路の構成を示す回路図。
【図１３】本発明の第３の実施形態に係る線形増幅器のバイアス回路の変形例を示す回路図。
【図１４】本発明の第３の実施形態に係る線形増幅器のバイアス回路のコントロール電圧に対する利得とバイアス電流を示す特性図。
【図１５】本発明の第３の実施形態に係る線形増幅器の入出力特性を示す特性図。
【図１６】本発明の第３の実施形態に係る線形増幅器の出力レベルと消費電流との関係を示す特性図。
【図１７】ＩＳ−９５のＣＤＭＡ信号とした場合の９００ＭＨｚ離調の隣接チャネル漏洩電力比と出力レベルとの関係を示す特性図。
【図１８】従来のＣＤＭＡの出力レベルの可変システムの例を示す概略図。
【図１９】本発明の第３の実施形態に係る可変利得の線形増幅器を利用した場合におけるＣＤＭＡの出力レベル可変システムの例を示す概略図。
【図２０】出力インピーダンスの低いエミッタフォロワーでベース電流を供給する従来のバイアス回路を示す図。
【図２１】出力インピーダンスの低いエミッタフォロワーでベース電流を供給する従来の他のバイアス回路を示す図。
【図２２】従来のリニアライザーを利用して増幅器の線形動作を実現するシステムを示す概略図。
【符号の説明】
ＲＦ１…前段の増幅用バイポーラトランジスタ
ＲＦ２…後段の増幅用バイポーラトランジスタ
Ｂｉａｓ１…トランジスタＲＦ１のバイアス回路
Ｂｉａｓ２…トランジスタＲＦ２のバイアス回路
Ｃ１〜Ｃ５…キャパシタ
Ｌ１〜Ｌ７…インダクタ
Ｐｉｎ…入力端子
Ｐｏｕｔ…出力端子
Ｒ１〜Ｒ３…抵抗
Ｑ１〜Ｑ３…トランジスタ
Ｖｃｏｎｔ１、２…制御電圧
Ｖｃｃ…電源電圧
Claims (31)
- ベースとコレクタ間が短絡されダイオード接続されるとともに、コレクタが第１の抵抗を介して電源端子に接続され、エミッタが接地された第１のトランジスタを備えた第１のカレントミラー回路と、コレクタ及びベースがそれぞれ電源端子に接続された第２のトランジスタを備えた第２のカレントミラー回路と、エミッタが接地された増幅トランジスタとを備え、前記第１のトランジスタのベース及び前記第２のトランジスタのエミッタが前記増幅トランジスタのベースに対して接続されていることを特徴とする線形増幅器。
- エミッタが接地された増幅トランジスタを２段以上有する線形増幅器であって、ベースとコレクタ間が短絡されダイオード接続されるとともに、コレクタが第１の抵抗を介して電源端子に接続され、エミッタが接地された第１のトランジスタを備えた第１のカレントミラー回路と、コレクタ及びベースがそれぞれ電源端子に接続された第２のトランジスタを備えた第２のカレントミラー回路とを備え、前記第１のトランジスタのベース及び前記第２のトランジスタのエミッタが、前記増幅トランジスタのうち最終段より前段の増幅トランジスタのベースに対して接続されていることを特徴とする線形増幅器。
- 前記第１のトランジスタのコレクタと前記第２のトランジスタのベースとは共通の電源に接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載の線形増幅器。
- 前記第２のトランジスタのベースは第２の抵抗を介して電源端子に接続されていることを特徴とする請求項１乃至３記載の線形増幅器。
- 前記第１のトランジスタのコレクタは前記第２のトランジスタのベースに前記第１の抵抗を介して接続され、この第２のトランジスタのベースが前記第１のトランジスタの電源端子に接続されていることを特徴とする請求項１乃至４記載の線形増幅器。
- 前記第１のカレントミラー回路は前記第２のカレントミラー回路よりも前記増幅トランジスタ側から見て高インピーダンスであることを特徴とする請求項１乃至５記載の線形増幅器。
- 前記第２のトランジスタのベースは、直列に接続された複数のダイオードを介して接地されていることを特徴とする請求項１乃至６記載の線形増幅器。
- 前記複数のダイオードのそれぞれは、ベースとコレクタ間が短絡されダイオード接続されたトランジスタであることを特徴とする請求項７記載の線形増幅器。
- 前記第２のカレントミラー回路は第３のトランジスタを備え、この第３のトランジスタのエミッタは接地され、ベースは前記第１のトランジスタのベースに接続され、かつコレクタは前記第２のトランジスタのベースに接続されていることを特徴とする請求項１乃至６記載の線形増幅器。
- 前記増幅トランジスタの出力レベルが小さい時には、前記第１のカレントミラー回路により前記増幅トランジスタのベースに対してバイアスが供給され、前記増幅トランジスタの出力レベルが大きい時には、前記第２のカレントミラー回路により前記増幅トランジスタのベースに対してバイアスが供給されることを特徴とする請求項１乃至９記載の線形増幅器。
- 最終段より前段の前記増幅トランジスタの増幅特性における変調歪みが、最終段の前記増幅トランジスタの増幅特性における変調歪みを打ち消すように、前記第１及び第２のカレントミラー回路が設定されていることを特徴とする請求項２乃至１０記載の線形増幅器。
- ベースとコレクタ間が短絡されダイオード接続されるとともに、コレクタが第１の抵抗を介して可変電源端子に接続され、エミッタが接地された第１のトランジスタを備えた第１のカレントミラー回路と、コレクタが電源端子に接続され、かつベースが可変電源端子に接続された第２のトランジスタを備えた第２のカレントミラー回路と、エミッタが接地された増幅トランジスタとを備え、前記第１のトランジスタのベース及び前記第２のトランジスタのエミッタが前記増幅トランジスタのベースに対して接続されていることを特徴とする線形増幅器。
- エミッタが接地された増幅トランジスタを２段以上有する線形増幅器であって、ベースとコレクタ間が短絡されダイオード接続されるとともに、コレクタが第１の抵抗を介して可変電源端子に接続され、エミッタが接地された第１のトランジスタを備えた第１のカレントミラー回路と、コレクタが電源端子に接続され、かつベースが可変電源端子に接続された第２のトランジスタを備えた第２のカレントミラー回路とを備え、前記第１のカレントミラー回路及び前記第２のカレントミラー回路は、前記２段以上の増幅トランジスタ毎に設けられており、前記第１のトランジスタのベース及び前記第２のトランジスタのエミッタが、対応する前記増幅トランジスタのベースに対して接続されていることを特徴とする線形増幅器。
- 前記第１のトランジスタのコレクタと前記第２のトランジスタのベースとは共通の可変電源に接続されていることを特徴とする請求項１２又は１３記載の線形増幅器。
- 前記２段以上の増幅トランジスタ毎に設けられている前記第１のカレントミラー回路及び前記第２のカレントミラー回路におけるすべての可変電源端子は、共通の可変電源の端子であることを特徴とする請求項１３又は１４記載の線形増幅器。
- 前記第２のトランジスタのベースは第２の抵抗を介して可変電源端子に接続されていることを特徴とする請求項１２乃至１５記載の線形増幅器。
- 前記第１のトランジスタのコレクタは前記第２のトランジスタのベースに前記第１の抵抗を介して接続され、この第２のトランジスタのベースが前記第１のトランジスタの可変電源端子に接続されていることを特徴とする請求項１２乃至１６記載の線形増幅器。
- 前記第１のカレントミラー回路は前記第２のカレントミラー回路よりも前記増幅トランジスタ側から見て高インピーダンスであることを特徴とする請求項１２乃至１７記載の線形増幅器。
- 前記第２のトランジスタのベースは、直列に接続された複数のダイオードを介して接地されていることを特徴とする請求項１２乃至１８記載の線形増幅器。
- 前記複数のダイオードのそれぞれは、ベースとコレクタ間が短絡されダイオード接続されたトランジスタであることを特徴とする請求項１９記載の線形増幅器。
- 前記第２のカレントミラー回路は第３のトランジスタを備え、この第３のトランジスタのエミッタは接地され、ベースは前記第１のトランジスタのベースに接続され、かつコレクタは前記第２のトランジスタのベースに接続されていることを特徴とする請求項１２乃至１８記載の線形増幅器。
- 前記第２のカレントミラー回路のコレクタが接続される電源端子は固定電位の電源端子であることを特徴とする請求項１２乃至２１記載の線形増幅器。
- 前記可変電源端子の電源電圧が制御されることにより前記増幅トランジスタの利得可変が行われることを特徴とする請求項１２乃至２２記載の線形増幅器。
- エミッタ接地トランジスタを増幅器とした２段以上の線形増幅器であって、その各段の増幅トランジスタの直流バイアス用ベース電圧を供給するバイアス回路は、ベースとコレクタ間が短絡されてダイオード接続された第１のトランジスタで前記ベース電圧を決める出力インピーダンスの高い第１のカレントミラー回路と、ベースとコレクタ間がエミッタフォロワートランジスタを介して接続された第２のトランジスタで前記ベース電圧を決める出力インピーダンスの低い第２のカレントミラー回路とが並列接続されてなることを特徴とする線形増幅器。
- アノードが第１の抵抗を介して電源端子に接続され、カソードが接地されたダイオード素子を備えた第１のカレントミラー回路と、コレクタ及びベースがそれぞれ電源端子に接続されたトランジスタ素子を備えた第２のカレントミラー回路と、エミッタが接地された増幅トランジスタとを備え、前記ダイオード素子のアノード及び前記トランジスタ素子のエミッタが前記増幅トランジスタのベースに対して接続されていることを特徴とする線形増幅器。
- エミッタが接地された増幅トランジスタを２段以上有する線形増幅器であって、アノードが第１の抵抗を介して電源端子に接続され、カソードが接地されたダイオード素子を備えた第１のカレントミラー回路と、コレクタ及びベースがそれぞれ電源端子に接続されたトランジスタ素子を備えた第２のカレントミラー回路とを備え、前記ダイオード素子のアノード及び前記トランジスタ素子のエミッタが、前記増幅トランジスタのうち最終段より前段の増幅トランジスタのベースに対して接続されていることを特徴とする線形増幅器。
- アノードが第１の抵抗を介して可変電源端子に接続され、カソードが接地されたダイオード素子を備えた第１のカレントミラー回路と、コレクタが電源端子に接続され、かつベースが可変電源端子に接続されたトランジスタ素子を備えた第２のカレントミラー回路と、エミッタが接地された増幅トランジスタとを備え、前記ダイオード素子のアノード及び前記トランジスタ素子のエミッタが、前記増幅トランジスタのベースに対して接続されていることを特徴とする線形増幅器。
- エミッタが接地された増幅トランジスタを２段以上有する線形増幅器であって、アノードが第１の抵抗を介して可変電源端子に接続され、カソードが接地されたダイオード素子を備えた第１のカレントミラー回路と、コレクタが電源端子に接続され、かつベースが可変電源端子に接続されたトランジスタ素子を備えた第２のカレントミラー回路とを備え、前記第１のカレントミラー回路及び前記第２のカレントミラー回路は、前記２段以上の増幅トランジスタ毎に設けられており、前記ダイオード素子のアノード及び前記トランジスタ素子のエミッタが、対応する前記増幅トランジスタのベースに対して接続されていることを特徴とする線形増幅器。
- エミッタ接地トランジスタを増幅器とした２段以上の線形増幅器であって、その各段の増幅トランジスタの直流バイアス用ベース電圧を供給するバイアス回路は、ダイオード素子で前記ベース電圧を決める出力インピーダンスの高い第１のカレントミラー回路と、ベースとコレクタ間がエミッタフォロワートランジスタを介して接続された第２のトランジスタで前記ベース電圧を決める出力インピーダンスの低い第２のカレントミラー回路とが並列接続されてなることを特徴とする線形増幅器。
- 請求項１乃至２９記載の線形増幅器が増幅器として用いられたことを特徴とする無線通信装置。
- 出力レベルが小さい時に前記可変電源端子の電源電圧が低く設定され、最終段の前記増幅トランジスタの利得が減少することを特徴とする請求項３０記載の無線通信装置。
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