JP4087336B2

JP4087336B2 - 能動バイアス回路

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Description

本発明は、無線周波（ＲＦ）電力増幅器に関し、特にＲＦ電力増幅器用の温度補償および負荷調整能動バイアス回路に関する。

セルラーホンおよびセルラーホン基地局で使用するＲＦデバイスおよび回路は電力増幅器を含む。増幅器は、異なる振幅を有する以外にはその出力がその入力と同じである場合には線形応答を行う。ＲＦシステムにおいて線形応答を必要とする１つの理由は、２つ以上の信号が非線形デバイスに入力されると、相互変調ノイズが発生し、このノイズが必要な信号と干渉を起こす恐れがあるからである。相互変調ノイズは、利得、電力追加効率（ＰＡＥ）、出力パワーおよび近接チャネル電力（ＡＣＰ）を含む、電力増幅器の他の性能因子と同様に、バイアス電流の関数である。それ故、バイアス電流は、重要な設計要因である。

バイアス電流は、ＲＦ電力の変動だけでなく、温度およびプロセスの変動の影響を受ける。周知のように、セルラーホンおよび基地局は、多くの場合、広い温度範囲および変動するＲＦ電力という条件下で使用される。それ故、温度および電力によるバイアス電流の変化を補償する必要がある。さらに、ＴＤＭＡおよびＣＤＭＡ電力増幅器のような線形用途用の電力増幅器の利得曲線をもっと平坦にするために、また直線性を改善するために、能動バイアス回路は、電力増幅器の零入力電流を広い温度範囲にわたって一定の値に維持しなければならない。ＧＳＭおよびアナログ電力増幅器のような飽和用途の場合には、能動バイアス回路は、非導通タイプの電力増幅器（例えば、ＡＢ級、Ｂ級、Ｃ級）の自己バイアス効果によるＲＦブロッキング抵抗の両端のバイアス電圧降下を補償し、高いＲＦ駆動電力の下で電力増幅器段にかなりの量の電流を供給する必要がある。

図１は、従来の電力増幅器回路１０の簡単な回路図である。電力増幅器回路１０は、ＲＦ電力増幅器ＰＡおよび、バイアス電圧調整用の１つのトランジスタＱ１を有する電流ミラー回路を含む。トランジスタＱ１は、温度およびプロセスのしきい値電圧の変動を追跡するために使用される。第１および第２の抵抗Ｒ１、Ｒ２は、ＲＦ・ＰＡ段のバイアス電圧を設定するためのものである。第１の抵抗Ｒ１は、トランジスタＱ１のドレーンと基準電圧源Ｖｒｅｆとの間に接続されている。第２の抵抗Ｒ２は、第１の抵抗Ｒ１とトランジスタＱ１のドレーンとの間のノードＮ１に接続している第１の端子、およびアースに接続している第２の端子を有する。

ＲＦブロッキング抵抗ＲＢは、電力増幅器ＰＡのゲートに接続している第１の端子と、一組の設定抵抗ＲＳの一方の側面とノードＮ１とに接続している第２の端子を含む。設定抵抗ＲＳの他方の側は、トランジスタＱ１のゲートに接続している。ＲＦデカップリング・キャパシタＣ１は、ノードＮ１とアースとの間に接続している。ＲＦブロッキング抵抗ＲＢおよびデカップリング・キャパシタＣ１は、ＲＦ信号がバイアス回路に進入するのを防止する。設定抵抗ＲＳは、ＲＦ・ＰＡ段とトランジスタＱ１との間の漏洩電流による任意の電位差を設定するために使用される。電力増幅器回路１０は、バイアス電圧を調整することができるが、電流供給または負荷調整を行うことはできない。

図２は、第２の従来の電力増幅器回路２０の簡単な回路図である。電力増幅器回路２０は、電力増幅器ＰＡおよび第１のトランジスタＱ１および第２のトランジスタＱ２を含む電流ミラー回路を含む。第１のトランジスタＱ１は、温度およびプロセスのしきい値電圧の変動を追跡するために使用される。第１のトランジスタＱ１と基準電圧Ｖｒｅｆ間に接
続している第１の抵抗Ｒ１は、第１のトランジスタＱ１のバイアス電流を設定するためのものである。電力増幅器回路ＰＡと第１および第２のトランジスタＱ１，Ｑ２とアースとの間のノードＮ１に接続している第２の抵抗Ｒ２は、降伏電圧を改善するためのものである。回路２０も、ＲＦブロッキング抵抗ＲｂおよびＲＦデカップリング・キャパシタＣ１を有する。ブロッキング抵抗Ｒｂおよびデカップリング・キャパシタＣ１は、ＲＦ信号がバイアス回路に進入するのを防止する。第１の設定抵抗ＲＳ１および第２の設定抵抗ＲＳ２は、ＲＦ・ＰＡ段と電流ミラー回路との間の漏洩電流による任意の電位差を設定するために使用される。第２の従来の電力増幅器回路２０は、温度およびプロセスの変動をある程度補償することはできるが、回路２０は、温度による電流の変動を補償し、高いＲＦドライブでのデバイアス効果に打ち勝つ十分な機能は持たない。さらに、第２の抵抗Ｒ２はすべての動作で非常に大量の電流を消費する。

本発明の１つの目的は、温度および電力の変動をうまく補償する電力増幅器用の能動バイアス回路を提供することである。

電力増幅器用の能動バイアス回路を提供するために、本発明は電力増幅器に接続される能動バイアス回路を提供する。この能動バイアス回路は、増幅器への直流零入力電流を広い温度範囲にわたってほぼ一定の値に維持するために、電力増幅器に接続している第１および第２の電流ミラー回路を含む。電力増幅器は、第２の電流ミラー回路の１つの素子である。温度補償回路は、温度を補償するために第１の電流ミラー回路に接続している。第１の基準電圧源は、第１の電流ミラー回路に第１の基準電圧Ｖｒｅｆを与えるために、温度補償回路により第１の電流ミラー回路に接続している。電流シンクは、第１の電流ミラー回路のトランジスタに接続し、電圧源調整回路は、第１の電流ミラー回路に与えられる電圧を設定するために、第１の電流ミラー回路に接続している。

他の実施形態の場合には、本発明は、電力増幅器直流零入力電流を広い温度範囲にわたって一定の値に維持するための能動バイアス回路を提供する。能動バイアス回路は、第１および第２の電流ミラー回路を有する。第１の電流ミラー回路は、第１のトランジスタＱ１と、第１の基準電圧Ｖｒｅｆの供給を受けるために、第１のトランジスタＱ１のドレーンに接続しているゲートと、第１の基準電圧源に接続しているドレーンを有する第２のトランジスタＱ２と、第２の基準電圧Ｖａｂｃの供給を受けるために、第２の基準電圧源に接続しているドレーンと、第２のトランジスタＱ２のソースおよび第１のトランジスタＱ１のゲートに接続しているゲートを有する第４のトランジスタＱ４を含む。第２の電流ミラー回路は、第４のトランジスタＱ４と、第１のノードＮ１のところで第２のトランジスタＱ２のソースに接続しているドレーンと、アースに接続しているソースとを有する第３のトランジスタＱ３と、第３の基準電圧Ｖｄｄの供給を受けるために、第３の基準電圧源に接続しているドレーンと、アースに接続しているソースと、第２のノードＮ２で第３のトランジスタＱ３のゲートに接続しているゲートとを有する電力増幅器を含む。温度補償回路は、第１の抵抗Ｒ１および第２の抵抗Ｒ２を含む。第１の抵抗Ｒ１は、第１の基準電圧源に接続している第１の端子と、第２のトランジスタＱ２のドレーンに接続している第２の端子とを有する。第２の抵抗Ｒ２は、第１の抵抗Ｒ１の第２の端子に接続している第１の端子と、第１のトランジスタＱ１のドレーンに接続している第２の端子とを有する。電圧源調整回路は、第１のトランジスタＱ１のソースとアースとの間に接続している設定抵抗Ｒｓｅｔを含む。

添付の図面を参照しながら、本明細書を読めば、上記の概要および本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明をよりよく理解することができるだろう。本発明を説明するた
めに、図面に好ましい実施形態を示す。しかし、本発明は図の正確な配置および手段に限定されない。

添付の図面を参照しながら以下に記述する詳細な説明は、本発明の好ましい実施形態を説明するためのものであって、本発明を実行することができる形状を示すためのものではない。同一または等価の機能を、本発明の精神および範囲内に含まれる異なる実施形態により実行することができることを理解されたい。図面全体を通して類似の参照番号は類似の素子を示す。

図３について説明すると、この図は、本発明による能動バイアス回路３０の簡単なブロック図である。能動バイアス回路３０は、一段の増幅器（図示せず）に接続している。能動バイアス回路３０のブロック機能は、２つの電流ミラー３２、３４、１つの電流シンク３６、１つの電圧源３８、負荷フィードバック・ネットワーク回路４０、温度補償回路４２、降伏電圧エンハンスメント回路４４、動作安定化回路４６、バイアス電圧範囲調整回路４８、およびＲＦ阻止回路５０を含む。これらのブロック機能は、共通な回路を共有する。

第１および第２の電流ミラー回路３２，３４は、増幅器への直流零入力電流を広い温度範囲にわたってほぼ一定の値に維持するために、電力増幅器に接続されている。第１の電流ミラー回路３２は、絶対温度に対する相補（ＣＴＡＴ）電流ミラーであり、第２の電流ミラー回路３４は、絶対温度に比例する（ＰＴＡＴ）電流ミラーである。図４で以下に説明するように、電力増幅器は、第２の電流ミラー回路３４の１つの素子である。

温度補償回路４２は、第１の電流ミラー回路３２に接続している。第１の電流ミラー回路３２および温度補償回路４２は、一緒に、電力増幅器が、−３０℃から１００℃のような広い温度範囲で動作できるような温度補償を行う。

電圧源３８は、第１の電流ミラー回路３２に第１の基準電圧Ｖｒｅｆを与えるために、第１の電流ミラー回路３２に接続している。電流シンク３６は、第１の電流ミラー回路３２のトランジスタに接続している。バイアス電圧源調整回路４８は、第１の電流ミラー回路３２に与えられる電圧を設定するために、第１の電流ミラー回路３２に接続している。負荷フィードバック・ネットワーク回路４０は、第２の電流ミラー回路３４に接続している。ＲＦブロッキング回路５０は、電力増幅器および第１および第２の電流ミラー回路３２，３４に接続している。動作安定化回路４６は、その動作を安定させるために、第１および第２の電流ミラー回路３２，３４に接続している。負荷フィードバック・ネットワーク４０は、ＲＦ駆動条件下で電力増幅器への電流供給を管理するためのものである。降伏電圧エンハンスメント回路４４は、そのドレーン電圧が上昇して、電力増幅器のバイアス電圧が電力増幅器の降伏電圧に達した場合に、電力増幅器の降伏電圧を増大させるためのものである。

図４について説明すると、この図は、能動バイアス回路３０の好ましい実施形態の簡単な回路図である。能動バイアス回路３０は、電力増幅器の直流零入力電流を広い温度範囲にわたって一定の値に維持することができる。

第１の電流ミラー回路３２は、第１のトランジスタＱ１と、第２のトランジスタＱ２および第４のトランジスタＱ４を有する。第１のトランジスタＱ１は、ソース、ドレーンおよびゲートを有する。第２のトランジスタＱ２は、第１のトランジスタＱ１のドレーンに接続しているゲートと、第１のノードＮ１で第１のトランジスタＱ１のゲートに接続しているソースと、第１の基準電圧Ｖｒｅｆの供給を受けるために、第１の基準電圧源に接続
しているドレーンとを有する。第４のトランジスタＱ４は、第２の基準電圧Ｖａｂｃの供給を受けるために、第２の基準電圧源に接続しているドレーンと、第１のノードＮ１で第２のトランジスタＱ２のソースおよび第１のトランジスタＱ１のゲートに接続しているゲートとを有する。第１の基準電圧源が与える第１の基準電圧Ｖｒｅｆは、電力増幅器ＰＡにバイアスをかけるために使用される出力電圧Ｖｂｉａｓを生成するために使用される調整用電圧である。第２の基準電圧源は、ＲＦ駆動条件下で電力増幅器ＰＡに電流を供給するために使用される第２の基準電圧Ｖａｂｃを与える。第１の基準電圧Ｖｒｅｆは、一定の電圧であっても可変電圧であってもよい。第２の基準電圧Ｖａｂｃは、好適には、一定の電圧であることが好ましい。

第２の電流ミラー回路３４も、３つのトランジスタ、すなわち、第４のトランジスタＱ４、電力増幅器ＰＡ、および第３のトランジスタＱ３を有する。第３のトランジスタＱ３は、第１のノードＮ１に接続しているドレーンと、アースに接続しているソースと、第２のノードＮ２で電力増幅器ＰＡのゲートに接続しているゲートとを有する。電力増幅器ＰＡは、第３の基準電圧源に接続し、第３の基準電圧Ｖｄｄの供給を受けるためのドレーンと、アースに接続しているソースとを有する。第１および第２の電流ミラー回路３２，３４が、第４のトランジスタＱ４を共有していることに留意されたい。

温度補償回路４２は、第１の電流ミラー回路３２に接続している。温度補償回路４２は、第１の基準電圧源に接続している第１の端子と、第２のトランジスタＱ２のドレーンに接続している第２の端子とを有する第１の抵抗Ｒ１を含む。第２の抵抗Ｒ２は、第１の抵抗Ｒ１の第２の端子に接続している第１の端子と、第１のトランジスタＱ１のドレーンに接続している第２の端子を有する。第１および第２の抵抗Ｒ１，Ｒ２は、１つの基板上の他の回路構成要素と一緒に内蔵させることもできるし、他の回路構成要素の外部に位置させることもできる。

電流シンク３６は、第２のトランジスタＱ２の電流シンクである第３のトランジスタＱ３を備える。電圧源調整回路３８は、第１、第２および第３のトランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３と、第１のトランジスタＱ１のソースとアースとの間に接続している設定抵抗Ｒｓｅｔにより形成される。

負荷フィードバック・ネットワーク回路４０は、第２の電流ミラー回路３４に接続している。負荷フィードバック・ネットワーク回路４０は、第２のノードＮ２のところで、電力増幅器ＰＡのゲートに接続している第１の端子と、第３のトランジスタＱ３のゲートに接続している第２の端子を有するフィードバック抵抗Ｒｆを含む。フィードバック・コンデンサＣｆは、フィードバック抵抗Ｒｆの第２の端子とアースとの間に接続している。

降伏電圧エンハンスメント回路４４は、第４のトランジスタＱ４のソースとアースとの間に直列に接続している第１および第２の降伏電圧抵抗Ｒｂｒ１，Ｒｂｒ２を含む。第３のノードＮ３は、第４のトランジスタＱ４のソースと第１の降伏電圧抵抗Ｒｂｒ１の端子との接続部のところに形成される。第４のノードＮ４は、第１と第２の降伏電圧抵抗Ｒｂｒ１，Ｒｂｒ２の間の接続点のところに形成される。降伏電圧トランジスタＱＢＲは、第３のノードＮ３で、第４のトランジスタＱ４のソースおよび第１の降伏電圧抵抗ＲＢＲ１に接続しているドレーンと、アースに接続しているソースと、第４のノードＮ４のところで第１および第２の降伏電圧抵抗Ｒｂｒ１，Ｒｂｒ２に接続しているゲートを有する。

ＲＦ阻止回路５０は、第２のノードＮ２に接続している第１の端子と、第３のノードＮ３に接続している第２の端子を有するＲＦブロッキング抵抗Ｒｂを備える。より詳細に説明すると、ＲＦブロッキング抵抗Ｒｂは、電力増幅器ＰＡのゲートと第４のトランジスタＱ４のソースおよび降伏電圧トランジスタＱＢＲのドレーンとの間に接続している。

バイアス電圧調整回路４８は、第１のトランジスタＱ１のソースとアースとの間に接続している設定抵抗Ｒｓｅｔを備える。
動作安定化回路４６は、１つまたはそれ以上のミラー（Ｍｉｌｌｅｒ）コンデンサを備えることができる。しかし、本発明の好ましい実施形態の場合には、動作安定化回路４６は複数の抵抗を備える。より詳細に説明すると、動作安定化回路４６は、第１のノードＮ１に接続している第１の端子と、第１のトランジスタＱ１のゲートに接続している第２の端子を持つ第１の安定化抵抗ＲＳ１を含む。第２の安定化抵抗ＲＳ２は、第２のトランジスタＱ２のゲートに接続している第１の端子と、第１のトランジスタＱ１のドレーンと第２の抵抗Ｒ２の第２の端子との間の接続部により形成されている、第５のノードＮ５に接続している第２の端子を有する。第３の安定化抵抗ＲＳ３は、第３のトランジスタＱ３のゲートに接続している第１の端子と、第６のノードＮ６に接続している第２の端子を有する。第６のノードＮ６は、フィードバック抵抗Ｒｆの第２の端子とフィードバック・コンデンサＣｆとの間に位置している。第４の安定化抵抗ＲＳ４は、第１のノードＮ１に接続している第１の端子と、第４のトランジスタＱ４のゲートに接続している第２の端子を有する。

能動バイアス回路３０は、また第３のノードＮ３に接続している第１の端子と、アースに接続している第２の端子とを有するコンデンサＣＲＦを有する。能動バイアス回路３０を形成するために使用するトランジスタは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であってもよい。しかし、本発明の好ましい実施形態は、ＧａＡｓエンハンスメント型ヘテロ接合ＦＥＴを使用している。ＦＥＴの代わりにＢＪＴまたは任意のエンハンスメント型デバイスを直接使用することができる。

ここで能動バイアス回路３０の動作について説明する。第１の基準電圧Ｖｒｅｆおよび第２の基準電圧Ｖａｂｃが与えられると、第２のノードＮ２のところの電圧であるバイアス電圧Ｖｂｉａｓは、第１の抵抗Ｒ１および第２の抵抗Ｒ２および設定抵抗Ｒｓｅｔによって決まる値を有する。バイアス電圧Ｖｂｉａｓは、電力増幅器ＰＡの必要な直流零入力電流を設定する。バイアス電流の量は、第３のトランジスタＱ３のドレーン電流に比例する。

一例として、ＦＥＴの一次モデルを能動バイアス回路３０の動作を説明するために使用する。環境が変化した場合、すべてのＦＥＴは飽和領域内に位置するものと仮定する。一次モデルは、下式により表される。

Id=κ・(Vgs-Vth)²・(1+λ・Vds) （１）
ここで、
Ｉｄは、ドレーン電流であり、
κは、プロセス関連パラメータであり、
Ｖｇｓは、ゲート−ソース間電圧であり、
Ｖｔｈは、しきい値電圧であり、
λは、チャネル変調パラメータであり、
Ｖｄｓは、ドレーン−ソース間電圧である。

それ故、下式を得ることができる。
∂Id/∂Vth=-2κ・(Vgs-Vth)・(1+λ・Vds) （２）
∂Id/∂Vgs=2κ・(Vgs-Vth)・(1+λ・Vds) （３）
さらに、ＩＲ２を表す下式を得ることができる。

IR2=(Vd2-Vgs1-Vgs2)/(R2+Rset) （４）
事例１．温度変動
周囲温度が上昇すると、第３のトランジスタＱ３のしきい値電圧Ｖｔｈが低減する。式（２）から分かるように、しきい値電圧Ｖｔｈが低減すると、Ｉｄ３（すなわち、第３のトランジスタＱ３のドレーン電流）は増大し、そのため、Ｉｄ２も増大する。Ｉｄ２が増大すると、Ｖｄ２が低減する。式（４）から分かるように、Ｖｄ２が低減すると、第２の抵抗Ｒ２を通る電流ＩＲ２が低減する。それ故、温度によるしきい値電圧Ｖｔｈの変動は、ＰＴＡＴ電流源（Ｉｄ２）およびＣＴＡＴ電流源（ＩＲ２）を発生する。温度が上昇すると、Ｉｄ２（ＰＴＡＴ電流源）が増大し、そのため電力増幅器ＰＡを通る電流ＩＰＡが増大する。何故なら、ＩＰＡはＩｄ２のミラーであるからである。Ｉｄ２の温度変化によるＩＰＡの温度変化は、下式により表すことができる。

ΔIPA^PTAT=n*ΔId2 （５）
ここで、ｎは電力増幅器ＰＡおよび第３のトランジスタＱ３の全ゲート幅比である。
温度が上昇すると、ＩＲ２（ＣＴＡＴ電流源）が減少し、そのため、Ｉｄ４が減少する。何故なら、ＩＤ４はＩＲ２のミラーであるからである。Ｉｄ４の温度変化は下式により表すことができる。

ΔId4=m*ΔIR2 （５）
ここで、ｍはＱ４およびＱ１の全ゲート幅比である。
さらに、ＩＲ２の温度変化によるＩＰＡの温度変化は、ＩＲ２の関数として入手することができる。その式は下記の通りである。

ΔIPA^CTAT=(m*ΔIR2*(Rbr1+Rbr2)-ΔVth)²・(1+λ・Vds) （６）
上記分析に基づいて、電力増幅器ＰＡバイアス電流を、温度によるＩＰＡ^ＰＴＡＴおよびＩＰＡ^ＣＴＡＴの両方で調整することができる。テーブル１は、ＩＰＡ特性上のＲ１およびＲ２変動の組合わせを示す。

事例２．負荷調整
ＲＦ駆動電力が増大すると、ゲート電流が増大し（すなわち、自己バイアス効果）、それによりＲＦブロッキング抵抗Ｒｂの両端に電圧降下が起こる。このバイアス打ち消し効果により電力増幅器ＰＡのトランスジューサ利得が低下し、それにより飽和出力電力およびＰＡＥが低減する。ＲＦブロッキング抵抗Ｒｂの両端の電圧降下によりＶｇｓ３が低減する。式（１）から分かるように、Ｖｇｓ３の電圧降下によりＩｄ２電流が低減し、それによりＶｄ２が増大し、それによりＩＲ２が増大する。ＩＲ２が増大すると、ＶＲｓｅｔおよびＩｄ４が増大し、それによりＶｓｅｔが増大し、それによりＩｄ４がさらに増大する。Ｖｓｅｔは第１のノードＮ１のところの電圧である。増大したＩｄ４は、ＲＦブロッキング抵抗Ｒｂの両端の電圧降下を補償するためにバイアス電圧Ｖｂｉａｓを押し上げる。
事例３．プロセスの変動
電流Ｉｄ変動は、κ、λの変動よりＶｔｈの変動の影響を受けやすいので、κおよびλは一定であり、Ｖｔｈの値はこの分析に対する通常の値よりも低いと仮定する。プロセスの変動によりＶｔｈの値が通常の値より低い場合には、Ｉｄ２は、通常の値より高くなり、そのため、Ｖｄ２の値は通常の値より低くなる。Ｖｄ２が低減すると、ＩＲ２の値が通常の値より低くなり、Ｉｄ４の値が通常の値より低くなる。Ｉｄ４の値が低い場合には、
バイアス電圧Ｖｂｉａｓも低くなる。Ｖｔｈが低い場合には、バイアス電圧Ｖｂｉａｓが通常の値より低くなり、Ｖｔｈの値が高い場合には逆になる。バイアス電圧Ｖｂｉａｓおよびしきい値ＶｔｈはＩＰＡに対して反対の影響を持っているので、ＩＰＡの変動が低減する。
事例４．降伏電圧エンハンスメント・ネットワーク
電力増幅器ＰＡのドレーン電圧が増大して降伏電圧に近づくと、ＱＢＲがオンになり、短絡したかまたは抵抗値が下がった状態になり、電力増幅器ＰＡの降伏電圧が増大する。さらに、通常の動作状態の場合には、ネットワークは開ループのような動作をし、直流電力を消費しない。

図５について説明すると、この図は、バイアス電流対動作温度のグラフである。このグラフは第１の従来技術の回路１０に対する勾配Ａ１、第２の従来技術の回路２０に対する勾配Ｂ１および本発明の能動バイアス回路３０に対する勾配Ｃ１を含む。図を見れば分かるように、能動バイアス回路３０が電力増幅器ＰＡに供給する電流は、−３０℃から１００℃の温度範囲で約２００ｍＡとほぼ一定である。対照的に、第１および第２の従来技術による回路１０，２０が供給する電流は、動作温度の変動により大きく変化する。より詳細に説明すると、従来技術による回路１０，２０は、−３０℃から１００℃の温度範囲で±２４％のバイアス電流の変動を示す。この場合、能動バイアス回路３０は同じ温度範囲での変動を±１％に制御する。

能動バイアス回路３０は、従来技術による回路１０，２０と比較した場合、負荷の影響に対して優れた性能を持つ。能動バイアス回路３０は、負荷に大きな電流が流れた場合に電圧降下を補償する。図６は、負荷抵抗に対する能動バイアス回路３０への、第２のノードＮ２のところの電圧であるバイアス電圧のグラフである。このグラフは、第１の従来技術による回路１０に対する勾配Ａ２、第２の従来技術による回路２０に対する勾配Ｂ２、および本発明の能動バイアス回路３０に対する勾配Ｃ２を含む。すぐに理解することができると思うが、従来技術による回路と比較した場合、能動バイアス回路３０に対するバイアス電圧の変化は遥かに小さい。すなわち、図６に示すように、従来技術による回路１０，２０は、Ｒｂ＝１０オームおよび負荷抵抗＝５０オームである場合に、１８％以上電圧が変化したが、一方、本発明の能動バイアス回路３０は、同じ構成の場合電圧の変化は９％以下である。

能動バイアス回路３０の降伏電圧は、従来技術による回路１０，２０の降伏電圧よりも高い。何故なら、能動バイアス回路３０は、電力増幅器ＰＡのドレーン電圧が過度に高い場合、直流ゲート抵抗を動的に調整し、それによりドレーン電圧が過度に高い場合、電力増幅器ＰＡのゲート抵抗を強制的に低くし、それにより降伏電圧を増大させ、ドレーン−ソース間電圧上のドレーン電流の変動を少なくするからである。降伏電圧の増大およびドレーン−ソース電圧上のドレーン電流の変動の減少は、電力増幅器ＰＡのＰＡＥおよび飽和出力電力を改善する。

図７について説明すると、従来技術による回路１０，２０と比較した場合、Ｖｒｅｆに対するバイアス電圧Ｖｂｉａｓの勾配は、能動バイアス回路３０に対して遥かに緩やかである。図７は、バイアス電圧対基準電圧Ｖｒｅｆのグラフであり、第１の従来技術による回路１０に対する勾配Ａ３、第２の従来技術による回路２０に対する勾配Ｂ３、能動バイアス回路３０に対する勾配Ｃ３を含む。緩やかな勾配でバイアス電圧Ｖｂｉａｓを印加することは、深いしきい値以下のバイアス範囲で、最も速い出力電力降下をもたらす出力電力のゲート制御を使用するＧＳＭ電力増幅器ＰＡに対して重要な特徴になる場合がある。能動バイアス回路３０を使用した場合、ＧＳＭ電力増幅器ＰＡ電力制御回路（例えば、可変アテネータ）が必要なくなり、コストを削減することができる。

すぐに理解することができると思うが、本発明は電力増幅器用の能動バイアス回路を提供する。この能動バイアス回路は、ＣＤＭＡおよびＴＤＭＡ電力増幅器のような直線的用途にも、ＧＳＭおよびアナログ電力増幅器のような飽和用途にも使用することができる。能動バイアス回路は、多モードおよび多帯域セルラーホンに使用するのに適している。理解してもらえると思うが、能動バイアス回路は、簡単な温度補償スキーム、負荷調整機能、および降伏電圧エンハンスメントを含む。さらに、能動バイアス回路は、集積回路で容易に実施することができ、ＦＥＴ、ＢＪＴ、ＨＢＴおよびＬＤＭＯＳのような種々のデバイス・タイプおよび技術により実施することができる。しかし、本発明は開示の特定の実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲に記載される本発明の精神および範囲に含まれる種々の修正もカバーすることを理解されたい。

第１の従来の電力増幅器回路の簡単な回路図。第２の従来の電力増幅器回路の簡単な回路図。本発明の一実施形態による能動バイアス回路の簡単なブロック図。本発明による電力増幅器および能動バイアス回路の簡単な回路図。それぞれ、図１〜図２および図４の回路の温度に対するバイアス電流のグラフ。それぞれ、図１〜図２および図４の回路の負荷効果に対するバイアス電圧降下のグラフ。それぞれ、図１〜図２および図４の回路のバイアス電圧に対する基準電圧Ｖｒｅｆのグラフ。

Claims

電力増幅器に接続されている能動バイアス回路であって、該電力増幅器が動作していない時に該電力増幅器へ流れる、零入力直流電流を広い温度範囲にわたってほぼ一定の値に維持するために、該電力増幅器に接続される第１および第２の電流ミラー回路を備え、該電力増幅器は、該第２の電流ミラー回路中の１つの素子であり、
前記第１の電流ミラー回路に第１の基準電圧Ｖｒｅｆを与えるための第１の基準電圧源と、
同第１の基準電圧源の第１の端子と、前記第１の電流ミラー回路中の第２のトランジスタのドレーンに接続している第２の端子と、に接続されている第１の抵抗Ｒ１からなる温度補償回路と、
前記第１の電流ミラー回路の第２のトランジスタに接続されている、第３のトランジスタからなる電流シンクと、
前記第１の電流ミラー回路に与えられる電圧を設定するために、第１のトランジスタのソースとアースとの間に接続している設定抵抗Ｒｓｅｔからなる電圧源調整回路と、を備え、
前記第１の電流ミラー回路が、
ソース、ドレーンおよびゲートを有する第１のトランジスタと、
前記第１のトランジスタのドレーンに接続しているゲートと、第１のノードで前記第１のトランジスタのゲートに接続しているソースを有する第２のトランジスタと、
第２の基準電圧源Ｖａｂｃに接続し、第２の基準電圧の供給を受けるドレーンと、アースに接続しているソースと、前記第１のノードで前記第２のトランジスタのソースと前記第１のトランジスタのゲートに接続しているゲートとを有する第４のトランジスタと、
を備える能動バイアス回路。
前記第２の電流ミラー回路が、
前記第４のトランジスタと、
前記第１のノードに接続しているドレーンと、アースに接続しているソースと、第２のノードで前記電力増幅器のゲートに接続しているゲートとを有する第３のトランジスタと、
第３の基準電圧源Ｖｄｄに接続し、第３の基準電圧の供給を受けるドレーンと、アースに接続しているソースとを有する前記電力増幅器と、
を備える請求項１に記載の能動バイアス回路。
電力増幅器が動作していない時に該電力増幅器へ流れる、電力増幅器の零入力直流電流を広い温度範囲にわたって一定の値に維持するための能動バイアス回路であって、
第１のトランジスタと、
同第１のトランジスタのドレーンに接続しているゲートと、第１の基準電圧Ｖｒｅｆの供給を受けるために、第１の基準電圧源に接続しているドレーンとを有する第２のトランジスタと、
第２の基準電圧Ｖａｂｃの供給を受けるために、第２の基準電圧源に接続しているドレーンと、前記第２のトランジスタのソースと前記第１のトランジスタのゲートに接続しているゲートとを有する第４のトランジスタと、
を含む第１の電流ミラー回路と、
前記第４のトランジスタと、第１のノードで前記第２のトランジスタのソースに接続しているドレーンと、アースに接続しているソースとを有する第３のトランジスタと、
第３の基準電圧の供給を受けるために第３の基準電圧源Ｖｄｄに接続しているドレーンと、アースに接続しているソースと、第２のノードで前記第３のトランジスタのゲート、および、第３のノードで降伏電圧抵抗ＲＢを介して第４のトランジスタのソースに接続しているゲートと、を有する電力増幅器と、
を含む第２の電流ミラー回路と、
前記第１の基準電圧源に接続している第１の端子と前記第２のトランジスタのドレーンに接続している第２の端子とを有する第１の抵抗Ｒ１と、
前記第１の抵抗Ｒ１の第２の端子に接続し、前記第１のトランジスタのドレーンに接続している第２の端子を有する第２の抵抗Ｒ２と、を含む温度補償回路と、
前記第１のトランジスタのソースと前記アースとの間に接続している設定抵抗Ｒｓｅｔを含む電圧源調整回路と、
を備える能動バイアス回路。