JP3906188B2

JP3906188B2 - Amplifier and radio communication apparatus using the same

Info

Publication number: JP3906188B2
Application number: JP2003188793A
Authority: JP
Inventors: 誠荒井; 竜一藤本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2007-04-18
Anticipated expiration: 2023-06-30
Also published as: JP2005026894A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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】
線形動作範囲を広げるために、トランジスタのエミッタ端子またはソース端子に縮退インピーダンス素子を接続し、コレクタ端子またはドレイン端子から出力を取り出すようにした増幅器は、例えば非特許文献１の第１９９頁に記載されている。このような増幅器の電圧利得は、
【数１】

で与えられる。ここで、Ｇｖは電圧利得、ｇｍはトランスコンダクタンス、Ｒｄは縮退インピーダンスの抵抗値、Ｒｌはコレクタ端子またはドレイン端子に接続される負荷の抵抗値である。１＜＜ｇｍＲｄであれば、電圧利得Ｇｖは以下のように抵抗値のばらつきの影響を受けない。
【０００３】
【数２】

【０００４】
【非特許文献１】
“Analysis And Design of Analog Integrated Circuits”, Gray, Hurst, Lewis and Mayer, WILEY (p.199)
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
厳しい雑音特性が要求される低雑音増幅器（ＬＮＡ）においては、縮退インピーダンス素子及び負荷の両方に抵抗を用いると、その要求を十分満足することが難しいとされている。
【０００６】
低利得増幅器と高利得増幅器を並列に接続し、負荷を共通にした増幅器も知られているが、このような増幅器では低利得増幅器に歪特性を考慮して縮退インピーダンス素子に値の大きなインダクタが必要となる。このため、インダクタが集積回路内部で実現するには困難な大きさになることもある。
【０００７】
一方、負荷にインダクタを用い、縮退インピーダンス素子に抵抗を用いた増幅器は、省スペース化ができ、集積回路のチップ面積を小さくすることができる利点を有するが、縮退抵抗のばらつきや温度変化によって利得が変動してしまうという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、縮退抵抗のばらつきや温度変化による利得の変動を抑制できる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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明は集積回路により形成される増幅器において、信号入力端子からの入力信号を増幅して縮退抵抗の抵抗値に依存する信号電流を出力する増幅段と、信号出力端子に接続された負荷と、増幅段から出力される信号電流の一部を負荷に分配する分配比可変の電流分配器と、縮退抵抗の抵抗値に依存する制御電圧によって電流分配器の分配比を制御する制御回路とを有する。増幅段は、例えば増幅用トランジスタ及び該増幅用トランジスタのエミッタ端子またはソース端子に接続された縮退抵抗を含み、また負荷にはインダクタが好適に用いられる。
【００１０】
例えば、縮退抵抗の抵抗値に依存する制御電圧で電流分配器の分配比を制御する場合においては、抵抗値が大きくなると制御電圧が小さくなり、抵抗値が小さくなると制御電圧が大きくなるような制御を行うことで、抵抗値が変動しても増幅器の利得を一定に保つことができる。同様に、さらに温度にも依存する制御電圧で電流分配器の分配比を制御する場合において、温度が上がったときに制御電圧が低く、温度が下がったときに制御電圧が高くなるような制御を行うことにより、温度が変動しても増幅器の利得を一定に保つことができる。
【００１１】
電流分配器は、例えば増幅段の出力端子に接続された共通エミッタ端子または共通ソース端子を有する第１のトランジスタ及び第２のトランジスタを含み、第１のトランジスタのコレクタ端子またはドレイン端子は信号出力端子に接続され、第２のトランジスタのコレクタ端子またはドレイン端子は電源に接続される。
【００１２】
制御回路は、第１の態様によると、縮退抵抗の抵抗値に比例する制御電圧を第１のトランジスタのベース端子またはゲート端子と第２のトランジスタのベース端子またはゲート端子との間に供給する。制御回路は、第２の態様によると、さらに温度にも比例する制御電圧を第１のトランジスタのベース端子またはゲート端子と第２のトランジスタのベース端子またはゲート端子との間に供給する。
【００１３】
さらに、本発明によると上述の増幅器を用いた無線通信装置を提供する。具体的には、例えば受信された高周波信号を増幅する低雑音増幅器と、ローカル信号を増幅するローカル信号増幅器と、ローカル信号増幅器により増幅されたローカル信号を用いて、低雑音増幅器により増幅された高周波信号を所望周波数に変換する周波数変換器を有する無線通信装置において、低雑音増幅器及びローカル信号増幅器の少なくとも一方に、本発明に係る増幅器が適用される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１に、本発明の一実施形態に係る増幅器の基本構成を示す。本実施形態の増幅器は、一つの集積回路チップ内に実装される。信号入力端子ＩＮには、入力信号として例えばＲＦ信号が入力され、この入力信号は増幅段１１によって増幅される。増幅段１１は電圧−電流変換増幅器であり、信号入力端子ＩＮへの入力信号電圧に対応した出力信号電流を発生する。ここで、後述するように増幅段１１からの出力信号電流は、集積回路内に形成される抵抗（以下、集積回路内抵抗と呼ぶ）の抵抗値、例えば増幅段１１に用いられている縮退抵抗の抵抗値に依存する。
【００１５】
増幅段１１の出力端子には、電流分配器１２の共通端子が接続される。電流分配器１２は、この例では二つの分配端子を有し、第１分配端子は負荷１３の一端に接続され、第２分配端子は負荷１３の他端と共に電源Ｖccに接続される。負荷１３の一端には、信号出力端子ＯＵＴが接続される。電流分配器１２は電流の分配比、つまり電源Ｖccから負荷１３を介して第１の分配端子に流れ込む電流と電源Ｖccから第２の分配端子に流れ込む電流との電流比が可変に構成されており、その分配比は制御回路１４によって制御される。
【００１６】
増幅段１１は、例えば図２に示されるようなバイポーラトランジスタＱ１０と縮退抵抗（エミッタ縮退抵抗ともいう）Ｒｄを含むエミッタ接地増幅器が用いられる。トランジスタＱ１０のベース端子は信号入力端子ＩＮに接続され、エミッタ端子は縮退抵抗Ｒｄを介して定電位点、例えばグラウンドＧＮＤに接続されている。トランジスタＱ１０のコレクタ端子から、信号入力端子ＩＮへの入力信号電圧に対応し、かつ縮退抵抗Ｒｄの抵抗値に反比例した出力信号電流が取り出される。
【００１７】
本実施形態によると、制御回路１４によって電流分配器１２の分配比を制御することにより、縮退抵抗Ｒｄのばらつきや周囲の温度変化に対して増幅器の利得を安定化することができる。以下、より具体的な実施形態に従って説明する。
【００１８】
図３に、図１の増幅器をより具体的に示した第１の例を示す。図３の増幅器においては、電流分配器１２の分配比を制御する制御回路１４は、抵抗値に依存しない電流を発生する電流源２１と、電流源２１の電流を参照して集積回路内抵抗の抵抗値に比例する制御電圧を電流分配器１２に供給する抵抗値比例制御電圧発生回路２２からなる。
【００１９】
今、集積回路内抵抗の抵抗値のばらつきによって、縮退抵抗Ｒｄの抵抗値が増減すると、増幅段１１からの出力信号電流が増減し、それに伴って負荷１３を流れる電流も増減しようとする。ここで、抵抗値比例制御電圧発生回路２２から抵抗値に比例する制御電圧を供給すると、これに伴って分配比が増減する。これにより、増幅段１１からの縮退抵抗Ｒｄの抵抗値に比例して変化する出力信号電流の増減が補償され、負荷１３を流れる電流が縮退抵抗Ｒｄの抵抗値ばらつきに対して一定に保たれる。
【００２０】
図４に、図３に示した増幅器のさらに具体的な回路例を示す。
電流分配器１２は、バイポーラトランジスタＱ２１，Ｑ２２の差動対によって形成される。トランジスタＱ２１，Ｑ２２の共通エミッタ端子は、増幅段１１のトランジスタＱ１０のコレクタ端子に接続される。トランジスタＱ２１のコレクタ端子は第１分配端子であり、負荷１３の一端に接続される。負荷１３は、この例ではインダクタが用いられる。トランジスタＱ２２のコレクタ端子は第２分配端子であり、電源Ｖccに接続される。
【００２１】
一方、抵抗値比例制御電圧発生回路２２は、バイポーラトランジスタＱ２３，Ｑ２４と、集積回路内抵抗の抵抗値に反比例する電流Ｉａ∝１／Ｒ（Ｒは集積回路内抵抗の抵抗値）を発生する電流源２３を有する。コレクタ端子とベース端子が接続された、すなわちダイオード接続されたトランジスタＱ２３のコレクタ端子は、抵抗値に依存しない電流を流す電流源２１に接続される。トランジスタＱ２３のベース端子は、電流分配器１２内の一方のトランジスタＱ２１のベース端子に接続される。トランジスタＱ２４のベース端子は、電流分配器１２内の他方のトランジスタＱ２２のベース端子に接続される。トランジスタＱ２４のコレクタ端子は電源Ｖccに接続される。
【００２２】
このように図４によると、抵抗値比例制御電圧発生回路２２のトランジスタＱ２３，Ｑ２４のベース端子間に発生する電圧が電流分配器１２内のトランジスタＱ２１，Ｑ２２のベース端子間に、電流分配器１２の分配比を制御するための制御電圧Ｖｃとして供給される。
【００２３】
図５には、抵抗値に依存しない電流を発生する電流源２１の具体例を示す。電流源２１は、ベース端子に一定のバイアス電圧Ｖbiasが与えられたバイポーラトランジスタＱｃと、トランジスタＱｃのエミッタ端子に接続された抵抗Ｒｅを有する。抵抗Ｒｅの値によって、トランジスタＱｃのコレクタ端子に流入する電流の値が決定される。ここで、抵抗Ｒｅは集積回路ＩＣの外部に設けられた、いわゆる外付け抵抗が用いられる。集積回路内抵抗は抵抗値のばらつきが大きいのに対して、外付け抵抗Ｒｅには抵抗値のばらつきの非常に小さな抵抗を用いることにより、トランジスタＱｃのコレクタ電流を抵抗値に依存しないようにすることができる。
【００２４】
次に、図４に示す増幅器の動作を説明する。
抵抗値比例制御電圧発生回路２２において、トランジスタＱ２３のコレクタ端子には電流源２１の電流Ｉrefがそのまま流れる。一方、トランジスタＱ２４のコレクタ端子には電流源２１を流れる電流Ｉrefと電流源２３を流れる電流Ｉａの差電流がコレクタ電流Ｉｂとして流れる。集積回路内抵抗の抵抗値が増大した場合、電流源２３を流れる電流Ｉａは反比例して減少するため、それに伴ってトランジスタＱ２４のコレクタ電流Ｉｂも減少する。
【００２５】
抵抗値比例制御電圧発生回路２２及び電流分配器１２においては、トランジスタＱ２３のベース端子とトランジスタＱ２１のベース端子が接続され、トランジスタＱ２４のベース端子とトランジスタＱ２２のベース端子が接続される。従って、トランジスタＱ２１のコレクタ端子には、トランジスタＱ２３のコレクタ電流Ｉrefに比例したコレクタ電流Ｉｃが負荷１３を介して流れ、トランジスタＱ２２のコレクタ端子には、トランジスタＱ２４のコレクタ電流Ｉｂに比例したコレクタ電流Ｉｄが流れる。すなわち、例えば電流Ｉｂが減少すれば、電流Ｉｄも減少する。一方、電流Ｉｃは集積回路内抵抗の抵抗値によらず、電流Ｉrefと同様に一定に保たれる。
【００２６】
ここで、もし集積回路内抵抗の抵抗値が増大すると、集積回路内抵抗の一つである、増幅段１１の縮退抵抗Ｒｄの抵抗値が増大するため、トランジスタＱ１０のコレクタ電流、つまり増幅段１１からの出力信号電流は減少する。このとき電流源２３の電流Ｉａは、集積回路内抵抗の抵抗値に反比例するため減少し、これに伴ってトランジスタＱ２４のコレクタ電流Ｉｂも減少する。トランジスタＱ２４のコレクタ電流Ｉｂが減少すると、トランジスタＱ２４とベース端子同士が接続されているトランジスタＱ２２のコレクタ電流Ｉｄも減少する。
【００２７】
一方、負荷１３が接続されているトランジスタＱ２１のコレクタ電流Ｉｃは、トランジスタＱ２１とベース端子同士が接続されているトランジスタＱ２３のコレクタ電流が一定（Ｉref）であるため、変化しない。すなわち、集積回路内抵抗の抵抗値が増大した場合、縮退抵抗Ｒｄの増大による増幅段１１から出力信号電流の減少は、トランジスタＱ２２のコレクタ電流Ｉｄの減少によって賄われ、負荷１３がコレクタ端子に接続されているトランジスタＱ２１のコレクタ電流Ｉｃには影響を与えない。従って、負荷１３を流れる電流はほぼ一定（Ｉｃ）に保たれ、増幅器の利得もほぼ一定に保たれる。集積回路内抵抗の抵抗値が減少した場合も、同様に利得はほぼ一定に保たれる。
【００２８】
次に、図６には図１の増幅器をより具体的に示した第２の例を示す。図６の増幅器によると、電流分配器１２の分配比を制御する制御回路１４は、温度に比例し、かつ集積回路内抵抗の抵抗値に反比例する電流を発生する電流源３１と、電流源３１の電流を参照して温度に比例した制御電圧Ｖｃを発生する温度比例制御電圧発生回路３２を有する。
【００２９】
周囲の温度が変動することによって、集積回路内抵抗の抵抗値が増減し、縮退抵抗Ｒｄの抵抗値が増減すると、増幅段１１からの出力信号電流が増減し、それに伴って負荷１３を流れる電流も増減しようとする。ここで、温度比例制御電圧発生回路３２から温度に比例する制御電圧Ｖｃを供給すると、これに伴って電流分配器１２の分配比が増減する。これによって、増幅段１１からの縮退抵抗Ｒｄの抵抗値に比例して変化する出力信号電流の増減が補償され、負荷１３を流れる電流が温度変動による縮退抵抗Ｒｄの抵抗値の増減に対して一定に保たれる。
【００３０】
図７に、図３に示した増幅器のさらに具体的な回路例を示す。温度比例制御電圧発生回路３２は、この例では抵抗Ｒｓが用いられている。抵抗Ｒｓの一端はバイアス電源Ｖｂに接続され、他端は電流源３１に接続される。抵抗Ｒｓは集積回路内に形成されるので、ばらつきがある。一方、電流源３１は温度に比例しかつ集積回路内抵抗の抵抗値に反比例する電流Ｉref∝１／Ｒ，Ｔ（Ｒは集積回路内抵抗の抵抗値、Ｔは温度）を流す。従って、集積回路内抵抗の抵抗値増減による電流源３１の電流Ｉrefの変動は、抵抗Ｒｓの抵抗値増減により相殺されるので、結果として抵抗Ｒｓの両端には集積回路内抵抗の抵抗値ばらつきには依存せず、温度に対してのみ比例する電圧が発生する。
【００３１】
このようにして抵抗Ｒｓの両端に発生する温度に比例する電圧は、電流分配器１２内の差動対のトランジスタＱ２１，Ｑ２２のベース端子間に、分配比を制御するための制御電圧Ｖｃとして供給される。従って、温度変動による増幅段１１の縮退抵抗Ｒｄの抵抗値の増減に伴う、増幅段１１からの出力信号電流の増減に対して、負荷１３を流れる電流を一定とし、増幅器の利得を一定に保つことができる。
【００３２】
すなわち、集積回路内に形成される抵抗は一般に負の温度係数を持ち、温度が上昇すると抵抗値は減少する。例えば温度が低下すると、縮退抵抗Ｒｄの抵抗値が増大し、増幅段１１からの出力信号電流（トランジスタＱ１０のコレクタ電流）は減少する。電流源３１からの温度に比例する電流Ｉrefは、温度の低下に伴い減少するので、抵抗Ｒｓの両端に生じる制御電圧Ｖｃが低下する。
【００３３】
電流分配器１２において、トランジスタＱ２１はそのベース端子がバイアス電源Ｖｂに接続されているため、制御電圧Ｖｃが変化してもコレクタ電流Ｉｃは変化しない。これに対して、トランジスタＱ２２はそのベース端子に制御電圧Ｖｃの変化がそのまま与えられるため、温度の低下に伴って制御電圧Ｖｃが低下するとコレクタ電流Ｉｄが減少する。すなわち、温度が低下した場合、縮退抵抗Ｒｄの増大による増幅段１１から出力信号電流の減少は、トランジスタＱ２２のコレクタ電流Ｉｄの減少によって賄われるので、トランジスタＱ２１のコレクタ電流Ｉｃには影響を与えない。従って、温度変化に対して負荷１３を流れる電流はぼ一定（Ｉｃ）に保たれ、増幅器の利得もほぼ一定に保たれる。
【００３４】
図８に、本実施形態による温度補償を施した増幅器と温度補償無しの従来の増幅器の利得の温度特性を示す。本実施形態の増幅器は温度変化に対して利得が安定化されていることが分かる。
【００３５】
本発明の実施形態で用いる種々の電流源の具体的な構成は、特に限定されるものではないが、例えば先に挙げた非特許文献１の第３３０頁に記載された電流源の構成法を適用することができる。
【００３６】
上述の各実施形態では、バイポーラトランジスタを用いた増幅器について述べたが、ＭＯＳトランジスタのようなＦＥＴを用いた増幅器にも本発明を適用できる。ＦＥＴを用いる増幅器では、バイポーラトランジスタのベース端子、コレクタ端子及びエミッタ端子をそれぞれＦＥＴのゲート端子、ドレイン端子及びソース端子に置き換えて考えればよいことは、当業者において自明であるため、図示を省略する。
【００３７】
次に、本発明による増幅器を無線通信装置に適用した実施形態について説明する。図９には、携帯電話機その他の携帯通信端末のような無線通信装置における受信系の主要部の構成を示す。
【００３８】
アンテナ１００により受信された高周波信号（ＲＦ信号）は、まず低雑音増幅器１０１により所要レベルまで増幅される。低雑音増幅器１０１の出力信号はバンドパスフィルタ１０２により不要成分が除去された後、ミキサ１０３のＲＦ入力端に入力される。一方、図示しないローカル信号発生器から端子１０４に入力される第１ローカル信号は、ローカル信号増幅器１０５により所要レベルまで増幅された後、ミキサ１０３のローカル入力端に入力される。
【００３９】
ミキサ１０３では、フィルタ１０２から出力されるＲＦ信号がローカル信号増幅器１０５から出力されるローカル信号と混合されることによって、所望周波数の中間周波数信号に変換される。中間周波数信号は、例えばＳＡＷ（表面弾性波）フィルタ１０６を介して次段の中間周波段に入力される。
【００４０】
ここで、低雑音増幅器１０１あるいはさらにローカル信号増幅器１０５に先に説明した本発明の実施形態に基づく増幅器を利用することにより、集積回路内抵抗の抵抗値ばらつきや温度変化に対して安定した特性を有する無線通信装置を実現することができる。
【００４１】
なお、本発明は上記した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。具体的には、例えば図３または図４と図６または図７の構成を組み合わせることもでき、これにより集積回路内抵抗の抵抗値ばらつきと温度変動の両方に対して利得を安定化した増幅器を実現することが可能となる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると抵抗値のばらつきや温度変化による利得の変動が抑制される増幅器を提供できる。さらに、該増幅器を用いることによって、抵抗値のばらつきや温度変化に対して特性が安定された無線通信装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る増幅器の基本構成を示すブロック図
【図２】増幅段の例を示す回路図
【図３】図１に示した増幅器を具体化した第１の例を示すブロック図
【図４】図２に示した増幅器をさらに具体的に示す回路図
【図５】集積回路内抵抗の抵抗値に依存しない電流源の例を示す回路図
【図６】図１に示した増幅器を具体化した第２の例を示すブロック図
【図７】図６に示した増幅器をさらに具体的に示す回路図
【図８】本発明の一実施形態に係る増幅器の利得の温度依存性を示す図
【図９】本発明の一実施形態に係る増幅器を用いた無線通信装置の主要部の構成を示すブロック図
【符号の説明】
ＩＮ…信号入力端子、ＯＵＴ…信号出力端子、１１…増幅段、１２…電流分配器、１３…負荷、１４…制御回路、Ｑ１０…増幅用トランジスタ、Ｒｄ…縮退抵抗、２１…集積回路内抵抗の抵抗値に依存しない電流源、２２…抵抗値比例制御電圧発生回路、２３…集積回路内抵抗の抵抗値に反比例する電流源、３１…温度に比例し集積回路内抵抗の抵抗値に反比例する電流源、３２…温度比例制御電圧発生回路、Ｒｓ…制御電圧発生用抵抗、Ｑ２１，Ｑ２２，Ｑ２３，Ｑ２４…第１乃至第４のトランジスタ、１００…アンテナ、１０１…低雑音増幅器、１０２…バンドパスフィルタ、１０３…ミキサ、１０４…ローカル信号入力端子、１０５…ローカル信号増幅器、１０６…ＳＡＷフィルタ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an amplifier and a wireless communication apparatus using the amplifier.
[0002]
[Prior art]
An amplifier in which a degenerate impedance element is connected to an emitter terminal or a source terminal of a transistor to take out an output from a collector terminal or a drain terminal in order to extend the linear operation range is described in, for example, page 199 of Non-Patent Document 1. ing. The voltage gain of such an amplifier is
[Expression 1]

Given in. Here, Gv is a voltage gain, gm is a transconductance, Rd is a resistance value of a degenerate impedance, and Rl is a resistance value of a load connected to the collector terminal or the drain terminal. When 1 << gmRd, the voltage gain Gv is not affected by variations in resistance values as follows.
[0003]
[Expression 2]

[0004]
[Non-Patent Document 1]
“Analysis And Design of Analog Integrated Circuits”, Gray, Hurst, Lewis and Mayer, WILEY (p.199)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In a low noise amplifier (LNA) that requires strict noise characteristics, it is considered difficult to sufficiently satisfy the requirements when resistors are used for both the degenerate impedance element and the load.
[0006]
There is also known an amplifier in which a low gain amplifier and a high gain amplifier are connected in parallel and a load is shared, but in such an amplifier, a low gain amplifier considers distortion characteristics, and a degenerate impedance element has a large inductor. Necessary. For this reason, the size of the inductor may be difficult to realize inside the integrated circuit.
[0007]
On the other hand, an amplifier using an inductor as a load and a resistor as a degenerate impedance element can save space and reduce the chip area of the integrated circuit. There is a problem that fluctuates.
[0008]
An object of the present invention is to provide an amplifier capable of suppressing fluctuations in gain due to variations in degenerative resistance and temperature changes, and a radio communication apparatus using the amplifier.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention relates to an amplifier formed by an integrated circuit, an amplification stage for amplifying an input signal from a signal input terminal and outputting a signal current depending on a resistance value of a degeneration resistor, and a signal output a load connected to the terminals, and the distribution ratio variable current distributor for distributing a portion of the load of the signal current output from the amplification stage, the control voltage to the thus the current distributor which depends on the resistance value of the degeneration resistor And a control circuit for controlling the distribution ratio. The amplifying stage includes, for example, an amplifying transistor and a degeneration resistor connected to the emitter terminal or the source terminal of the amplifying transistor, and an inductor is preferably used as a load.
[0010]
For example, when controlling the distribution ratio of the current distributor with a control voltage that depends on the resistance value of the degenerative resistor, the control voltage decreases as the resistance value increases, and the control voltage increases as the resistance value decreases. As a result, the gain of the amplifier can be kept constant even when the resistance value fluctuates. Similarly, when controlling the distribution ratio of the current distributor with a control voltage that also depends on temperature, control is performed such that the control voltage is low when the temperature rises and the control voltage is high when the temperature falls. By doing so, the gain of the amplifier can be kept constant even if the temperature fluctuates.
[0011]
The current distributor includes, for example, a first transistor and a second transistor having a common emitter terminal or a common source terminal connected to the output terminal of the amplification stage, and the collector terminal or drain terminal of the first transistor is a signal output terminal. The collector terminal or drain terminal of the second transistor is connected to the power source.
[0012]
According to the first aspect, the control circuit supplies a control voltage proportional to the resistance value of the degeneration resistor between the base terminal or gate terminal of the first transistor and the base terminal or gate terminal of the second transistor. The control circuit, according to the second aspect, further supplied to between the control voltage is also proportional to the temperature and the base terminal or gate terminal of the first transistor the base terminal or gate terminal of the second transistor.
[0013]
Furthermore, according to the present invention, a wireless communication apparatus using the above-described amplifier is provided. Specifically, for example, a low noise amplifier that amplifies the received high frequency signal, a local signal amplifier that amplifies the local signal, and a high frequency amplified by the low noise amplifier using the local signal amplified by the local signal amplifier. In a wireless communication apparatus having a frequency converter that converts a signal to a desired frequency, the amplifier according to the present invention is applied to at least one of a low noise amplifier and a local signal amplifier.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a basic configuration of an amplifier according to an embodiment of the present invention. The amplifier of this embodiment is mounted in one integrated circuit chip. For example, an RF signal is input to the signal input terminal IN as an input signal, and this input signal is amplified by the amplification stage 11. The amplification stage 11 is a voltage-current conversion amplifier, and generates an output signal current corresponding to the input signal voltage to the signal input terminal IN. Here, as will be described later, an output signal current from the amplification stage 11 is a resistance value of a resistor (hereinafter referred to as an integrated circuit resistance) formed in the integrated circuit, for example, a degeneration resistor used in the amplification stage 11. Depends on the resistance value.
[0015]
A common terminal of the current distributor 12 is connected to the output terminal of the amplification stage 11. In this example, the current distributor 12 has two distribution terminals, the first distribution terminal is connected to one end of the load 13, and the second distribution terminal is connected to the power supply Vcc together with the other end of the load 13. A signal output terminal OUT is connected to one end of the load 13. The current distributor 12 is configured such that the current distribution ratio, that is, the current ratio between the current flowing from the power supply Vcc to the first distribution terminal via the load 13 and the current flowing from the power supply Vcc to the second distribution terminal is variable. The distribution ratio is controlled by the control circuit 14.
[0016]
As the amplification stage 11, for example, a grounded-emitter amplifier including a bipolar transistor Q10 and a degeneration resistor (also referred to as an emitter degeneration resistor) Rd as shown in FIG. 2 is used. The base terminal of the transistor Q10 is connected to the signal input terminal IN, and the emitter terminal is connected to a constant potential point, for example, the ground GND via the degeneration resistor Rd. An output signal current corresponding to the input signal voltage to the signal input terminal IN and inversely proportional to the resistance value of the degeneration resistor Rd is taken out from the collector terminal of the transistor Q10.
[0017]
According to the present embodiment, by controlling the distribution ratio of the current distributor 12 by the control circuit 14, the gain of the amplifier can be stabilized against variations in the degeneration resistor Rd and ambient temperature changes. Hereinafter, a description will be given according to a more specific embodiment.
[0018]
FIG. 3 shows a first example showing the amplifier of FIG. 1 more specifically. In the amplifier of FIG. 3, the control circuit 14 that controls the distribution ratio of the current distributor 12 includes a current source 21 that generates a current that does not depend on the resistance value, and the resistance of the integrated circuit by referring to the current of the current source 21. It comprises a resistance value proportional control voltage generation circuit 22 for supplying a control voltage proportional to the resistance value to the current distributor 12.
[0019]
Now, when the resistance value of the degeneration resistor Rd increases or decreases due to variations in the resistance value of the integrated circuit resistance, the output signal current from the amplification stage 11 increases or decreases, and the current flowing through the load 13 tends to increase or decrease accordingly. Here, when a control voltage proportional to the resistance value is supplied from the resistance value proportional control voltage generation circuit 22, the distribution ratio increases or decreases accordingly. As a result, the increase or decrease of the output signal current that changes in proportion to the resistance value of the degeneration resistor Rd from the amplification stage 11 is compensated, and the current flowing through the load 13 is kept constant against the resistance value variation of the degeneration resistor Rd. .
[0020]
FIG. 4 shows a more specific circuit example of the amplifier shown in FIG.
Current distributor 12 is formed by a differential pair of bipolar transistors Q21 and Q22. The common emitter terminal of the transistors Q21 and Q22 is connected to the collector terminal of the transistor Q10 of the amplification stage 11. The collector terminal of the transistor Q21 is a first distribution terminal and is connected to one end of the load 13. In this example, an inductor is used as the load 13. The collector terminal of the transistor Q22 is a second distribution terminal and is connected to the power supply Vcc.
[0021]
On the other hand, the resistance value proportional control voltage generation circuit 22 generates current Ia∝1 / R (R is the resistance value of the integrated circuit resistance) that is inversely proportional to the resistance values of the bipolar transistors Q23 and Q24 and the integrated circuit resistance. Having a source 23; The collector terminal of the transistor Q23 whose collector terminal and base terminal are connected, that is, diode-connected, is connected to a current source 21 that flows a current independent of the resistance value. The base terminal of the transistor Q23 is connected to the base terminal of one transistor Q21 in the current distributor 12. The base terminal of the transistor Q24 is connected to the base terminal of the other transistor Q22 in the current distributor 12. The collector terminal of transistor Q24 is connected to power supply Vcc.
[0022]
As described above, according to FIG. 4, the voltage generated between the base terminals of the transistors Q23 and Q24 of the resistance value proportional control voltage generation circuit 22 is connected between the base terminals of the transistors Q21 and Q22 in the current distributor 12. Is supplied as a control voltage Vc for controlling the distribution ratio.
[0023]
FIG. 5 shows a specific example of the current source 21 that generates a current independent of the resistance value. The current source 21 has a bipolar transistor Qc having a constant bias voltage Vbias applied to the base terminal, and a resistor Re connected to the emitter terminal of the transistor Qc. The value of the current Re flowing into the collector terminal of the transistor Qc is determined by the value of the resistor Re. Here, the resistor Re is a so-called external resistor provided outside the integrated circuit IC. While the resistance in the integrated circuit has a large variation in resistance value, a resistance having a very small variation in resistance value is used as the external resistor Re, so that the collector current of the transistor Qc does not depend on the resistance value. be able to.
[0024]
Next, the operation of the amplifier shown in FIG. 4 will be described.
In the resistance value proportional control voltage generation circuit 22, the current Iref of the current source 21 flows as it is to the collector terminal of the transistor Q23. On the other hand, the difference current between the current Iref flowing through the current source 21 and the current Ia flowing through the current source 23 flows through the collector terminal of the transistor Q24 as the collector current Ib. When the resistance value of the integrated circuit resistance increases, the current Ia flowing through the current source 23 decreases in inverse proportion, and accordingly, the collector current Ib of the transistor Q24 also decreases.
[0025]
In the resistance value proportional control voltage generation circuit 22 and the current distributor 12, the base terminal of the transistor Q23 and the base terminal of the transistor Q21 are connected, and the base terminal of the transistor Q24 and the base terminal of the transistor Q22 are connected. Therefore, the collector current Ic proportional to the collector current Iref of the transistor Q23 flows through the load 13 at the collector terminal of the transistor Q21, and the collector current Id proportional to the collector current Ib of the transistor Q24 flows through the collector terminal of the transistor Q22. Flows. That is, for example, if the current Ib decreases, the current Id also decreases. On the other hand, the current Ic is kept constant similarly to the current Iref regardless of the resistance value of the internal circuit resistance.
[0026]
Here, if the resistance value of the integrated circuit resistance increases, the resistance value of the degeneration resistor Rd of the amplification stage 11, which is one of the integrated circuit resistances, increases. Therefore, the collector current of the transistor Q10, that is, the amplification stage 11 is increased. The output signal current from decreases. At this time, the current Ia of the current source 23 decreases because it is inversely proportional to the resistance value of the integrated circuit resistance, and accordingly, the collector current Ib of the transistor Q24 also decreases. When the collector current Ib of the transistor Q24 decreases, the collector current Id of the transistor Q22 having the base terminal connected to the transistor Q24 also decreases.
[0027]
On the other hand, the collector current Ic of the transistor Q21 connected to the load 13 does not change because the collector current of the transistor Q23 connected to the base terminal of the transistor Q21 is constant (Iref). That is, when the resistance value of the integrated circuit resistance increases, the decrease of the output signal current from the amplification stage 11 due to the increase of the degeneration resistance Rd is covered by the decrease of the collector current Id of the transistor Q22, and the load 13 is connected to the collector terminal. It does not affect the collector current Ic of the transistor Q21. Therefore, the current flowing through the load 13 is kept substantially constant (Ic), and the gain of the amplifier is also kept almost constant. Similarly, when the resistance value of the integrated circuit resistance is decreased, the gain is kept substantially constant.
[0028]
Next, FIG. 6 shows a second example more specifically showing the amplifier of FIG. According to the amplifier of FIG. 6, the control circuit 14 that controls the distribution ratio of the current distributor 12 includes a current source 31 that generates a current that is proportional to the temperature and inversely proportional to the resistance value of the resistance in the integrated circuit, and the current source 31. And a temperature proportional control voltage generation circuit 32 for generating a control voltage Vc proportional to the temperature with reference to the current.
[0029]
When the ambient temperature fluctuates, the resistance value of the integrated circuit resistance increases or decreases, and when the resistance value of the degeneration resistor Rd increases or decreases, the output signal current from the amplification stage 11 increases or decreases, and accordingly the current flowing through the load 13. Also try to increase or decrease. Here, when the control voltage Vc proportional to the temperature is supplied from the temperature proportional control voltage generation circuit 32, the distribution ratio of the current distributor 12 increases or decreases accordingly. This compensates for an increase or decrease in the output signal current that changes in proportion to the resistance value of the degeneration resistor Rd from the amplification stage 11, and the current flowing through the load 13 is constant with respect to an increase or decrease in the resistance value of the degeneration resistor Rd due to temperature fluctuations. To be kept.
[0030]
FIG. 7 shows a more specific circuit example of the amplifier shown in FIG. The temperature proportional control voltage generating circuit 32 uses a resistor Rs in this example. One end of the resistor Rs is connected to the bias power source Vb, and the other end is connected to the current source 31. Since the resistor Rs is formed in the integrated circuit, there is variation. On the other hand, the current source 31 passes a current Iref∝1 / R, T (R is the resistance value of the integrated circuit resistance and T is the temperature) that is proportional to the temperature and inversely proportional to the resistance value of the resistance in the integrated circuit. Therefore, the fluctuation of the current Iref of the current source 31 due to the increase / decrease of the resistance value of the integrated circuit resistance is canceled by the increase / decrease of the resistance value of the resistor Rs. A voltage proportional to temperature is generated.
[0031]
The voltage proportional to the temperature generated across the resistor Rs in this way is supplied as the control voltage Vc for controlling the distribution ratio between the base terminals of the differential transistors Q21 and Q22 in the current distributor 12. Is done. Therefore, the current flowing through the load 13 is made constant and the gain of the amplifier is kept constant with respect to the increase / decrease in the output signal current from the amplification stage 11 accompanying the increase / decrease in the resistance value of the degeneration resistor Rd of the amplification stage 11 due to temperature fluctuation. be able to.
[0032]
That is, the resistance formed in the integrated circuit generally has a negative temperature coefficient, and the resistance value decreases as the temperature rises. For example, when the temperature decreases, the resistance value of the degeneration resistor Rd increases, and the output signal current from the amplification stage 11 (the collector current of the transistor Q10) decreases. Since the current Iref proportional to the temperature from the current source 31 decreases as the temperature decreases, the control voltage Vc generated across the resistor Rs decreases.
[0033]
In the current distributor 12, since the base terminal of the transistor Q21 is connected to the bias power source Vb, the collector current Ic does not change even if the control voltage Vc changes. On the other hand, since the change of the control voltage Vc is directly applied to the base terminal of the transistor Q22, the collector current Id is reduced when the control voltage Vc is lowered as the temperature is lowered. That is, when the temperature is lowered, the decrease in the output signal current from the amplification stage 11 due to the increase in the degeneration resistor Rd is covered by the decrease in the collector current Id of the transistor Q22, so that the collector current Ic of the transistor Q21 is not affected. . Therefore, the current flowing through the load 13 with respect to the temperature change is kept almost constant (Ic), and the gain of the amplifier is also kept almost constant.
[0034]
FIG. 8 shows gain temperature characteristics of the amplifier with temperature compensation according to the present embodiment and the conventional amplifier without temperature compensation. It can be seen that the gain of the amplifier according to the present embodiment is stabilized against temperature changes.
[0035]
Specific configurations of various current sources used in the embodiment of the present invention are not particularly limited. For example, the current source configuration method described on page 330 of Non-Patent Document 1 mentioned above is used. Can be applied.
[0036]
In each of the above embodiments, an amplifier using a bipolar transistor has been described. However, the present invention can also be applied to an amplifier using an FET such as a MOS transistor. In an amplifier using an FET, it is obvious to those skilled in the art that the base terminal, the collector terminal, and the emitter terminal of the bipolar transistor may be replaced with the gate terminal, the drain terminal, and the source terminal of the FET, respectively. .
[0037]
Next, an embodiment in which an amplifier according to the present invention is applied to a wireless communication device will be described. FIG. 9 shows a configuration of a main part of a receiving system in a wireless communication apparatus such as a mobile phone or other mobile communication terminal.
[0038]
A high frequency signal (RF signal) received by the antenna 100 is first amplified to a required level by the low noise amplifier 101. The output signal of the low noise amplifier 101 is input to the RF input terminal of the mixer 103 after unnecessary components are removed by the band pass filter 102. On the other hand, the first local signal input from the local signal generator (not shown) to the terminal 104 is amplified to a required level by the local signal amplifier 105 and then input to the local input terminal of the mixer 103.
[0039]
In the mixer 103, the RF signal output from the filter 102 is mixed with the local signal output from the local signal amplifier 105 to be converted into an intermediate frequency signal having a desired frequency. The intermediate frequency signal is input to the next intermediate frequency stage via, for example, a SAW (surface acoustic wave) filter 106.
[0040]
Here, by using the amplifier based on the embodiment of the present invention described above as the low noise amplifier 101 or the local signal amplifier 105, a stable characteristic with respect to the resistance value variation of the resistance in the integrated circuit and the temperature change can be obtained. It is possible to realize a wireless communication device having the same.
[0041]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying the components without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined. Specifically, for example, the configuration shown in FIG. 3 or FIG. 4 and FIG. 6 or FIG. 7 can be combined, and thereby an amplifier whose gain is stabilized against both the resistance value variation of the integrated circuit resistance and the temperature fluctuation can be obtained. It can be realized.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide an amplifier in which variations in resistance values and fluctuations in gain due to temperature changes are suppressed. Furthermore, by using the amplifier, it is possible to provide a wireless communication device whose characteristics are stable with respect to variations in resistance values and temperature changes.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of an amplifier according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of an amplification stage. FIG. 3 is a first example in which the amplifier shown in FIG. FIG. 4 is a circuit diagram showing more specifically the amplifier shown in FIG. 2. FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of a current source that does not depend on the resistance value of the resistance in the integrated circuit. FIG. 7 is a block diagram showing a more specific example of the amplifier shown in FIG. 6. FIG. 8 is a circuit diagram showing the amplifier shown in FIG. 6 according to an embodiment of the present invention. FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a main part of a wireless communication apparatus using an amplifier according to an embodiment of the present invention.
IN ... signal input terminal, OUT ... signal output terminal, 11 ... amplification stage, 12 ... current distributor, 13 ... load, 14 ... control circuit, Q10 ... amplifying transistor, Rd ... degeneration resistor, 21 ... resistance in integrated circuit A current source independent of the resistance value, 22 ... a resistance value proportional control voltage generation circuit, 23 ... a current source inversely proportional to the resistance value of the integrated circuit resistance, 31 ... a current proportional to the temperature and inversely proportional to the resistance value of the integrated circuit resistance 32, temperature proportional control voltage generating circuit, Rs, resistance for generating control voltage, Q21, Q22, Q23, Q24, first to fourth transistors, 100, antenna, 101, low noise amplifier, 102, band-pass filter , 103 ... mixer, 104 ... local signal input terminal, 105 ... local signal amplifier, 106 ... SAW filter.

Claims

In an amplifier formed by an integrated circuit:
An amplification stage for amplifying an input signal from the signal input terminal and outputting a signal current depending on the resistance value of the degeneration resistor ;
A load connected to the signal output terminal;
A variable distribution ratio current distributor for distributing a part of the signal current to the load;
Amplifier and a control circuit for controlling the control voltage to the thus the distribution ratio which depends on the resistance value of the degeneration resistor.

The amplifier according to claim 1, wherein the control voltage depends on a resistance value of the degeneration resistor and a temperature of the degeneration resistor.

2. The amplifier according to claim 1, wherein the control voltage is proportional or inversely proportional to a resistance value of the degeneration resistor.

2. The amplifier according to claim 1, wherein the control voltage is further proportional or inversely proportional to temperature.

The amplifier stage of claim 1, wherein the amplifier having the degeneration resistor connected to the emitter terminal or source terminal of the amplifying transistor and amplifying transistor.

The amplifier according to claim 1, wherein the load is an inductor.

The current distributor includes a first transistor and a second transistor having a common emitter terminal or a common source terminal connected to an output terminal of the amplification stage, and a collector terminal or a drain terminal of the first transistor Connected to the output terminal, the collector terminal or drain terminal of the second transistor is connected to the power supply,
The control circuit supplies a control voltage depending on a resistance value of the degeneration resistor between a base terminal or gate terminal of the first transistor and a base terminal or gate terminal of the second transistor. Amplifier.

The control circuit includes a third transistor in which a collector terminal and a base terminal or a drain terminal and a gate terminal are connected, and a base terminal or a gate terminal is connected to a base terminal or a gate terminal of the first transistor;
A fourth transistor having an emitter terminal or a source terminal in common with the third transistor, and a base terminal or a gate terminal connected to a base terminal or a gate terminal of the second transistor;
A first current source connected to the collector terminal and base terminal or drain terminal and gate terminal of the third transistor for generating a first current independent of the resistance value of the degeneration resistor;
Claim 7 having a common emitter terminal or being connected to a common source terminal, a second current source for generating a second current that anti depends on the resistance value of the degeneration resistance of the third transistor and the fourth transistor The described amplifier.

The amplifier according to claim 8 , wherein the first current source includes a resistor provided outside the integrated circuit, and generates the first current.

The current distributor includes a first transistor and a second transistor having a common emitter terminal or a common source terminal connected to an output terminal of the amplification stage, and a collector terminal or a drain terminal of the first transistor Connected to the output terminal, the collector terminal or drain terminal of the second transistor is connected to the power supply,
The amplifier according to claim 1, wherein the control circuit supplies a temperature-dependent control voltage between a base terminal or gate terminal of the first transistor and a base terminal or gate terminal of the second transistor.

The control circuit includes a third current source for generating a third current dependent on temperature;
The third current is supplied, one end is connected to the base terminal or gate terminal of the first transistor, and the other end is connected to the base terminal or gate terminal of the second transistor to generate the control voltage. The amplifier according to claim 10 , comprising a resistor.

Wireless communication device comprising the amplifier of any one of claims 1 to 11.