JP3829471B2 - オートバイアス回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＰＤＣ方式による携帯電話装置などに使用されるオートバイアス回路に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
近年、電気通信技術の進歩に伴って、ＰＤＣ（Personal Digital Cellular ）方式による例えば携帯電話装置や車載用電話装置などの通信装置が広く普及している。このうち、多元接続方式として時分割多元接続方式（ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access ）方式）を採用したものでは、送信信号が時間的に制御されて出力される、つまり、バースト送信されるように構成されている。以下、この種の通信装置として携帯電話装置１に適用したものにあって、バースト送信を実現する構成の要部について、図３を参照して説明する。
【０００３】
図３において、携帯電話装置１は、送信電力増幅器２、フィルタ３、アンテナ４ならびにオートバイアス回路５を備えて構成されている。この場合、上記送信電力増幅器２における能動デバイス（スイッチング素子）としては、一般的には、高周波特性に優れている、低消費電力である、高効率が期待できるなどの理由から、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）ＦＥＴが採用されている。
【０００４】
上記オートバイアス回路５において、差動増幅器６の非反転入力端子には、ドレイン電流制御用電圧Ｖa が抵抗７を介して入力電圧Ｖipとして与えられており、送信電源スイッチ８の可動接点８ａと固定接点８ｂとが接続されてオン状態に設定されると、駆動電圧Ｖb が送信電源スイッチ８および抵抗９を介して送信電力増幅器２のＧａＡｓＦＥＴのドレイン端子にドレイン電圧Ｖd として与えられると共に、駆動電圧Ｖb が送信電源スイッチ８、抵抗９および抵抗１０を介して差動増幅器６の反転入力端子に入力電圧Ｖimとして与えられる。
【０００５】
そして、これに応じて、差動増幅器６の出力端子から出力電圧Ｖo が出力され、その出力電圧Ｖo が送信電力増幅器２のＧａＡｓＦＥＴのゲート端子にゲート電圧Ｖg として与えられ、送信電力増幅器２が動作する。すると、送信電力増幅器２は、送信変調信号を電力増幅して送信信号としてフィルタ３に出力し、フィルタ３は、送信電力増幅器２から与えられた送信信号を帯域制限し、アンテナ４は、その送信信号を電波信号として出力するようになる。
【０００６】
しかして、このものでは、オートバイアス回路５にあって送信電源スイッチ８をオン状態に設定することにより、送信信号が出力され、つまり、バーストオンの状態になり、送信電源スイッチ８をオフ状態に設定することにより、送信信号が出力されなくなり、つまり、バーストオフの状態になり、このような送信電源スイッチ８のオンオフ制御を実行することにより、送信信号のバースト送信を実現している。
【０００７】
ところが、このような構成では、送信電源スイッチ８がオフ状態に設定された状態、つまり、バーストオフの状態では、一時的に、差動増幅器６の反転入力端子に与えられる入力電圧Ｖimが０（ボルト）になり、差動増幅器６の出力端子から出力される出力電圧Ｖo 、つまり、ゲート電圧Ｖg が大幅に上昇することから、送信電源スイッチ８をオフ状態からオン状態に切換えた瞬間、すなわち、バーストオフの状態からバーストオンの状態に切換わった瞬間には、ＧａＡｓＦＥＴのドレイン端子にドレイン飽和電流が流れることになり、そうなると、ＧａＡｓＦＥＴが破損するなどの虞がある。
【０００８】
本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、スイッチング素子に飽和電流が流れることを防止することにより、スイッチング素子が破損することを防止できるオートバイアス回路を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、送信変調信号を電力増幅して送信信号として出力する送信電力増幅器のスイッチング素子の制御端子に制御電圧を供給するオートバイアス回路であって、切換制御部が第１の切換状態にされると、第１の入力電圧が差動増幅器の第１の入力端子に入力されると共に、駆動電圧およびスイッチング素子の電流供給端子に流れる電流に基づいてスイッチング素子の電流供給端子に入力される電圧に応じた電圧が差動増幅器の第２の入力端子に第２の入力電圧として入力され、それら第１の入力電圧および第２の入力電圧が差動増幅されて出力電圧が生成され、その出力電圧がスイッチング素子の電流制御端子に制御電圧として出力される。
【００１０】
一方、切換制御部が第２の切換状態にされると、基準電圧供給手段から基準電圧が差動増幅器の第２の入力端子に第２の入力電圧として供給され、つまり、第１の入力電圧が差動増幅器の第１の入力端子に入力されると共に、基準電圧が差動増幅器の第２の入力端子に第２の入力電圧として入力され、それら第１の入力電圧および第２の入力電圧が差動増幅されて出力電圧が生成され、その出力電圧がスイッチング素子の電流制御端子に制御電圧として出力される。
【００１１】
しかして、このものでは、切換制御部が第２の切換状態のときには、上述したように、基準電圧が差動増幅器の第２の入力端子に第２の入力電圧として与えられるので、従来のものとは異なって、差動増幅器の第２の入力端子に与えられる第２の入力電圧が０（ボルト）になることはなく、これに応じて、差動増幅器から出力される出力電圧、つまり、制御電圧が大幅に上昇するようなことはない。これにより、切換制御部が第２の切換状態から第１の切換状態に切換わった瞬間であっても、スイッチング素子の電流供給端子に飽和電流が流れることを防止することができ、スイッチング素子が破損することを防止することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を通信装置として携帯電話装置に適用した一実施例について図１および図２を参照して説明する。
まず、図１において、携帯電話装置１１は、多元接続方式として時分割多元接続方式（ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access ）方式）を採用したものであり、送信変調信号を電力増幅して送信信号として出力する送信電力増幅器１２と、この送信電力増幅器１２から出力された送信信号を帯域制限して出力するフィルタ１３と、このフィルタ１３から出力された送信信号を電波信号として出力するアンテナ１４とを備えて構成されている。
【００１４】
上記送信電力増幅器１２における能動デバイス（スイッチング素子）としては、高周波特性に優れている、低消費電力である、高効率が期待できるなどの理由から、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）ＦＥＴが採用されている。この場合、ＧａＡｓＦＥＴは、オートバイアス回路１５から、そのゲート端子（制御端子）に所定のゲート電圧Ｖg が与えられると共に、そのドレイン端子（電流供給端子）に所定のドレイン電圧Ｖd が与えられることに応じて動作するようになっている。
【００１５】
上記オートバイアス回路１５にあって駆動電圧は、駆動電圧供給端子１６を介して供給されるようになっており、その駆動電圧供給端子１６は、送信電源スイッチ１７（切換制御部）の可動接点１７ａに接続されている。送信電源スイッチ１７の固定接点１７ｂは、抵抗１８を介して上記送信電力増幅器１２のＧａＡｓＦＥＴのドレイン端子に接続されている共に、抵抗１８および抵抗１９を介して基準電圧供給スイッチ２０の一方の固定接点２０ａに接続されている。
【００１６】
基準電圧供給スイッチ２０の他方の固定接点２０ｂは、基準電圧供給端子２１に接続されており、基準電圧供給スイッチ２０の可動接点２０ｃは、差動増幅器２２の反転入力端子（第２の入力端子）に接続されている。また、ドレイン電流制御用電圧供給端子２３は、抵抗２４を介して上記差動増幅器２２の非反転入力端子（第１の入力端子）に接続されており、差動増幅器２２の出力端子は、上記送信電力増幅器１２のＧａＡｓＦＥＴのゲート端子に接続されている。また、差動増幅器２２の非反転入力端子は、抵抗２５を介してアース接続されている。尚、本発明でいう基準電圧供給手段は、上述した基準電圧供給スイッチ２０および基準電圧供給端子２１により構成されるものである。
【００１７】
この場合、上記送信電源スイッチ１７と基準電圧供給スイッチ２０とは、所定の遅延時間をもって連動するようになっている。すなわち、送信電源スイッチ１７にあって可動接点１７ａと固定接点１７ｂとが断続されてオフ状態（図１中、破線にて示す）に設定され、基準電圧供給スイッチ２０にあって可動接点２０ｃと固定接点２０ｂとが接続されて第２の切換状態（図１中、破線にて示す）に設定されている状態では、最初に、送信電源スイッチ１７が作動して可動接点１７ａと固定接点１７ｂとが接続されてオン状態（図１中、実線にて示す）に切換わり、次いで、基準電圧供給スイッチ２０が作動して可動接点２０ｃと固定接点２０ａとが接続されて第１の切換状態（図１中、実線にて示す）に切換わるようになっている。
【００１８】
そして、この状態、つまり、送信電源スイッチ１７にあって可動接点１７ａと固定接点１７ｂとが接続されてオン状態に設定され、基準電圧供給スイッチ２０にあって可動接点２０ｃと固定接点２０ａとが接続されて第１の切換状態に設定されている状態では、最初に、基準電圧供給スイッチ２０が作動して可動接点２０ｃと固定接点２０ｂとが接続されて第２の切換状態に切換わり、次いで、送信電源スイッチ１７が作動して可動接点１７ａと固定接点１７ｂとが断続されてオフ状態に切換わるようになっている。
【００１９】
尚、この基準電圧供給スイッチ２０は、ＦＥＴなどの半導体スイッチにより構成されているものであり、つまり、第１の切換状態と第２の切換状態との間で切換わるにあたっては、可動接点２０ｃの電圧が固定接点２０ａの電圧と固定接点２０ｂの電圧との間で変化するように、つまり、可動接点２０ｃの電圧が一時的に０（ボルト）になることがないように構成されている。
【００２０】
次に、上記構成の作用について、図２に示すタイムチャートも参照して説明する。尚、初期状態として、上記したオートバイアス回路１５において、送信電源スイッチ１７は、オフ状態（図１中、破線にて示す）に設定されており、基準電圧供給スイッチ２０は、第１の切換状態（図１中、実線にて示す）に設定されているものとする。
【００２１】
この状態から、送信電源スイッチ１７がオン状態（図１中、実線にて示す）に設定されると（図２中、ｔ1 参照）、駆動電圧供給端子１６から駆動電圧Ｖb が送信電源スイッチ１７および抵抗１８を介して送信電力増幅器１２のＧａＡｓＦＥＴのドレイン端子にドレイン電圧Ｖd として与えられると共に、駆動電圧Ｖb が送信電源スイッチ１７、抵抗１８、抵抗１９および基準電圧供給スイッチ２０を介して差動増幅器２２の反転入力端子に入力電圧Ｖim（第２の入力電圧）として与えられる。このとき、ドレイン電流制御用電圧供給端子２３からドレイン電流制御用電圧Ｖa が差動増幅器２２の非反転入力端子に入力電圧Ｖip（第１の入力電圧）として与えられている。
【００２２】
そして、上記差動増幅器２２にあって反転入力端子に入力電圧Ｖimが与えられると共に、非反転入力端子に入力電圧Ｖipが与えられると、出力端子から出力電圧Ｖo が出力され、その出力電圧Ｖo が送信電力増幅器１２のＧａＡｓＦＥＴのゲート端子にゲート電圧Ｖg として与えられる。
【００２３】
これに伴って、送信電力増幅器１２のＧａＡｓＦＥＴが動作すると、送信電力増幅器１２が動作し、送信変調信号が送信電力増幅器１２で電力増幅されて送信信号としてフィルタ３に出力され、その送信信号がフィルタ１３で帯域制限されてアンテナ４から電波信号として出力され、つまり、バーストオンの状態となる。尚、このとき、ドレイン電圧Ｖd は、８．０（ボルト）である。
【００２４】
次いで、基準電圧供給スイッチ２０が第２の切換状態（図１中、破線にて示す）に設定され（図２中、ｔ2 参照）、送信電源スイッチ１７がオフ状態（図１中、破線にて示す）に設定されると（図２中、ｔ3 参照）、駆動電圧Ｖb が送信電力増幅器１２のＧａＡｓＦＥＴのドレイン端子にドレイン電圧Ｖd として与えられなくなる。
【００２５】
これに伴って、送信電力増幅器１２のＧａＡｓＦＥＴが動作を停止することから、アンテナ４から電波信号が出力されなくなり、つまり、バーストオフの状態となる。尚、このとき、ドレイン電圧Ｖd は、０（ボルト）である。ここで、このとき、駆動電圧Ｖb が差動増幅器２２の反転入力端子に入力電圧Ｖimとして与えられなくなり、それに代わって、基準電圧供給端子２１から基準電圧Ｖref が基準電圧供給スイッチ２０を介して差動増幅器２２の反転入力端子に入力電圧Ｖimとして与えられるものである。そして、これ以降、オートバイアス回路１５にあっては、これと同様の動作が実行される（図２中、ｔ4 〜ｔ11参照）。
【００２６】
しかして、上記構成においては、オートバイアス回路１５にあって送信電源スイッチ１７をオン状態に設定することにより、バーストオンの状態になり、送信電源スイッチ１７をオフ状態に設定することにより、バーストオフの状態になり、このような送信電源スイッチ１７のオンオフ制御を実行することにより、送信信号のバースト送信を実現している。この場合、バーストオンの周期は、２０／３ミリ秒（ｍｓｅｃ）である。
【００２７】
ここで、上述したように、バーストオフの状態では、基準電圧供給端子２４から基準電圧Ｖref が差動増幅器２２の反転入力端子に入力電圧Ｖimとして与えられることから、バーストオフの状態からバーストオンの状態に切換わった瞬間であっても、差動増幅器２２から出力される出力電圧Ｖo 、つまり、ゲート電圧Ｖg が大幅に上昇するようなことはなく、ドレイン端子にドレイン飽和電流が流れるようなことはない。
【００２８】
このように本実施例によれば、オートバイアス回路１５にあって送信電源スイッチ１７がオン状態に設定されると、駆動電圧Ｖb が送信電力増幅器１２のＧａＡｓＦＥＴのドレイン端子にドレイン電圧Ｖd として与えられると共に、出力電圧Ｖo がＧａＡｓＦＥＴのゲート端子にゲート電圧Ｖg として与えられることによって送信電力増幅器１２が動作し、これに対して、送信電源スイッチ１７がオフ状態に設定されると、駆動電圧Ｖb がＧａＡｓＦＥＴのドレイン端子にドレイン電圧Ｖd として与えられなくなると共に、駆動電圧Ｖb が差動増幅器２２の反転入力端子に与えられなくなり、それに代わって、基準電圧Ｖref が差動増幅器２２の反転入力端子に与えられるようになるので、従来のものとは異なって、差動増幅器２２の反転入力端子に与えられる入力電圧Ｖimが０（ボルト）になるようなことはなく、これにより、送信電源スイッチ１７がオフ状態からオン状態に切換わった瞬間、つまり、バーストオフの状態からバーストオンの状態に切換わった瞬間であっても、ゲート電圧Ｖg が大幅に上昇するようなことはなく、ＧａＡｓＦＥＴに飽和電流が流れることを防止でき、ＧａＡｓＦＥＴが破損することを防止できる。
【００２９】
また、送信電源スイッチ１７と基準電圧供給スイッチ２０とが所定の遅延時間をもって連動するようにし、送信電源スイッチ１７がオン状態であるときに、基準電圧供給スイッチ２０が第１の切換状態と第２の切換状態との間で切換わるように構成したので、基準電圧供給スイッチ２０が第２の切換状態に切換わった瞬間には、速やかに駆動電圧Ｖb が差動増幅器２２の反転入力端子に入力されるようになり、これにより、差動増幅器２２の反転入力端子に与えられる入力電圧Ｖimが０（ボルト）になることを確実に防止することができる。
【００３０】
また、この場合、上述したオートバイアス回路１５を携帯電話装置１１に搭載すると共に、送信電力増幅器１２にあって送信信号のバースト送信を制御するＧａＡｓＦＥＴを、上記オートバイアス回路１５により制御する構成としたので、送信電力増幅器１２にあってＧａＡｓＦＥＴが破損することなく、送信信号のバースト送信を良好に制御することができる。
【００３１】
本発明は、上記した実施例にのみ限定されるものでなく、次のように変形または拡張することができる。
通信装置としては、携帯電話装置に限らず、時分割多元接続方式（ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access ）方式）により送信信号をバースト送信するものあれば、車載用電話装置などの他のものであっても良い。
【００３２】
スイッチング素子としては、ＧａＡｓＦＥＴに限らず、他のものであっても良い。
バーストオンの周期は、２０／３ミリ秒（ｍｓｅｃ）に限らず、２０／６ミリ秒（ｍｓｅｃ）であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す電気的構成図
【図２】タイムチャート
【図３】従来例を示す図１相当図
【符号の説明】
図面中、１１は携帯電話装置（通信装置）、１２は送信電力増幅器、１５はオートバイアス回路、１７は送信電源スイッチ（切換制御部）、２０は基準電圧供給スイッチ（基準電圧供給手段）、２１は基準電圧供給端子（基準電圧供給手段）、２２は差動増幅器である。

Claims (1)

1. 送信変調信号を電力増幅して送信信号として出力する送信電力増幅器のスイッチング素子の電流制御端子に制御電圧を供給するオートバイアス回路であって、
   第１の入力電圧が第１の入力端子に入力されるように設けられ、第２の入力電圧が第２の入力端子から入力されると、それら第１の入力電圧および第２の入力電圧を差動増幅して出力電圧を生成し、その出力電圧を前記スイッチング素子の電流制御端子に制御電圧として出力する差動増幅器と、
   駆動電圧を前記スイッチング素子の電流供給端子に供給する第１の切換状態と供給否かの第２の切換状態との間で切換制御する切換制御部と、
   この切換制御部が第１の切換状態であるときには、前記駆動電圧および前記スイッチング素子の電流供給端子に流れる電流に基づいて前記スイッチング素子の電流供給端子に入力される電圧に応じた電圧を前記差動増幅器の第２の入力端子に第２の入力電圧として供給すると共に、前記切換制御部が第２の切換状態であるときには、基準電圧を前記差動増幅器の第２の入力端子に第２の入力電圧として供給する基準電圧供給手段とを備え、
   前記切換制御部が切換制御することにより、前記スイッチング素子の電流供給端子に流れる電流を制御することを特徴とするオートバイアス回路。

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