JP5134176B2

JP5134176B2 - 電力増幅器で使用するための正確な電力検出回路

Info

Publication number: JP5134176B2
Application number: JP2001577700A
Authority: JP
Inventors: ティルダッド、ソウラティ; シフェン、ルオ
Original assignee: キャラハンセルラーエルエルシー
Priority date: 2000-04-13
Filing date: 2001-04-03
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2021-04-03
Also published as: DE60128560T2; JP2003531547A; KR20020022698A; KR100805398B1; WO2001080421A2; CN1366733A; DE60128560D1; CN1214520C; ATE363152T1; US6448855B1; EP1277274B1; EP1277274A2; WO2001080421A3

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トランジスタ増幅器回路の分野に属し、より詳細には、電力増幅器回路及びこのような電力増幅器回路用の電力検出回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この一般的なタイプの増幅器は、無線通信装置、音声増幅器及び他のアプリケーションで使用されるような高周波ＲＦ増幅器で頻繁に使用される。このような増幅器では、ＲＦアプリケーションで使用する場合特に、出力段階で電力を表示するのが望ましい。
【０００３】
従来技術では、この機能は二つの技術のうちの一方によって典型的に達成される。第１に、方向性結合器又は分圧器を電力増幅器の出力に設けて負荷に印加される信号の一部分を感知し、次いでこのサンプル信号を負荷における電力を表示するために使用する。従来技術で使用される第２の技術は、電力トランジスタに並列の小型トランジスタを使用することによって、電力増幅器で電流のサンプルを生成する。次いでサンプル電流をオフチップに送り、そこで平均化して負荷における電力の大まかな表示を行うために使用する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術の解決策に固有の種々の欠点がある。即ち、例えば、方向性結合器は大型でロスを生み、抵抗性分圧器は非効率的である。また、電流サンプルを出力電力の測定値として用いることは、比較的不正確である。
【０００５】
したがって、小型で、効率的で、実施しやすく、従来技術の電力検出回路よりも正確な、電力増幅器回路用の電力検出回路を提供することが望ましい。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、小型で、設計上効率的で、実施しやすく、従来技術の回路よりも増幅器の電力をより正確に表示する、電力増幅器回路で使用する電力検出回路を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、これらの目的は、増幅トランジスタを有する電力増幅器回路で使用する新規の電力検出回路によって達成され、この電力検出回路は、増幅トランジスタの電力レベルに正比例する信号を生成する回路を含む。
【０００８】
本発明の好適な実施の形態では、増幅トランジスタの電流の二乗に比例する電圧を生成しこの電圧を平均化する回路を設けることによって目的が達成され、増幅トランジスタのこの電力レベルを表示する。
【０００９】
本発明のさらに好適な実施の形態では、ＲＦ電力増幅器回路を有する無線通信装置には、増幅トランジスタの電力レベルに正比例する信号を生成する電力検出回路が設けられる。
【００１０】
本発明のさらに好適な実施の形態では、単純なＭＯＳトランジスタ構造又はＭＯＳ回路よりも複雑であるがより正確な、バイポーラトランジスタを用いたトランスリニア回路を使用することによって、電力検出回路を実施することができる。
【００１１】
本発明の電力検出回路は、小型で効率的な設計及びより正確なパフォーマンスを含めた特徴の特に有益な組み合わせを、経済的且つ簡単に実施できる構造において得ることができる点において、重大な改良をもたらす。
【００１２】
本発明のこれらの及び他の態様は、以下に説明する実施の形態を参照することで明らかとなり、これを参照して説明されるであろう。
【００１３】
添付図面と共に以下の説明を読み進め参照することで、本発明をより完全に理解できるであろう。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図面では一般に、同一参照番号は同一構成要素を示すために用いるものとする。
【００１５】
図１には、入力端末１２で入力信号Ｖ_ＩＮを増幅する電力増幅器回路１０が、単純化した部分ブロック形態且つ部分概略形態で示されている。電力増幅器回路は、入力端末１２から入力マッチングネットワーク１６を介してトランジスタ１４のベースに出力される入力信号Ｖ_ＩＮを増幅する、増幅トランジスタ１４を含む。無線通信及びインターネット接続などの分野における音声増幅又はＲＦ増幅などの種々のアプリケーションで電力増幅器回路を使用できるため、入力信号Ｖ_ＩＮは音声信号でもＲＦ入力信号でもよいことに注目されたい。電力増幅トランジスタ１４は、バイアスネットワーク１８によって電源電圧Ｖ_ＣＣからバイアスされる。ブロック図の形態で示される入力マッチングネットワーク１６及びバイアスネットワーク１８などの回路部分は当業者に既知の種々の公知の回路構造によって実施できるため、本明細書中ではこれ以上詳細に説明しないことを理解されたい。
【００１６】
電力増幅器１０の出力回路は、コレクタ抵抗器２０及び出力端末２４で出力電圧Ｖ_ＯＵＴを出力して抵抗器２６で象徴的に示される負荷に電力を供給する出力マッチングネットワーク２２を含んで簡略形態で示されている。
【００１７】
本発明によると、電力増幅器トランジスタ１４の電流の比例サンプルは、電力増幅トランジスタ１４に並列に接続したベース−エミッタ回路を有する小型トランジスタ２８を使用することによって得られる。しかしながら、トランジスタ２８の出力を直接利用して比較的不正確な電力の測定値を得る従来技術の回路とは異なり、本発明は、トランジスタ２８の出力に結合した入力を有する二乗平均回路３０を使用してセンストランジスタ２８の電流の二乗に比例する電圧を生成し、次いでこの電圧を平均化する。回路３０は端末３２で出力信号Ｖ_ＤＥＴを生成し、この出力信号は、増幅トランジスタ１４の電力レベルに正比例し、また、電力レベルが増幅トランジスタの電流レベルの二乗平均に比例するため、従来技術を使用して得ることができる信号よりもこの電力レベルを実質的により正確に表している。この技術によって、電力増幅器回路と同じダイに集積でき、増幅トランジスタの電力を正確に表す電圧を比較的単純な方法で生成できる、電力検出回路を実施することができる。
【００１８】
図２には、二乗平均回路３０における特に単純且つ小型のＭＯＳの実施が示されている。この図では、センストランジスタ２８は、図１でより詳しく示されるように、トランジスタ１４のベースとのベース接続（垂直な点線で示される）を有し、抵抗器３４とダイオード接続ＰＭＯＳ３６の直列接続によってＶ_ＣＣに結合するコレクタを有する。センストランジスタ２８のコレクタは第２ＰＭＯＳトランジスタ３８のゲートにも結合しており、トランジスタ３６はトランジスタ３８の閾値電圧を生成する働きをし、抵抗器３４を流れる電流が電圧を生成し、この電圧がトランジスタ３８のゲートに印加されてトラジスタ３８に二乗された電流を生成する。この二乗された電流は抵抗器４０を通過して端末３２で検出器出力電圧Ｖ_ＤＥＴを生成する。この電圧は、増幅トランジスタの電力レベルに正比例する。回路３０に平均化機能を与えるために、コンデンサ４２が抵抗器４０に並列に設けられ単純なＲＣ平均化回路を形成する。その結果、検出器出力電圧Ｖ_ＤＥＴは増幅トランジスタの電力レベルを正確に表す平均化信号となる。しかしながら、他のタイプの公知の平均回路を用いてもよいことを理解されたい。
【００１９】
図３には、トランスリニア回路で双極を用いた電力検出回路の第２の実施の形態が示されている。この実施の形態は図２の実施の形態よりも小型ではなくより複雑であるが、より高い正確性という他の利点をもたらす。
【００２０】
この実施の形態では、センストランジスタ２８は、図１、２のように接続されたベースを有し、また、従来のカレントミラー構造で接続されたバイポーラトランジスタ４４及び４６からなるカレントミラーに結合されたコレクタを有する。トランジスタ４６のコレクタは、ダイオード４８と５０の直列接続部及びトランジスタ５２のベースに接続される。トランジスタ５２のエミッタは、トランジスタ５４のベース及びトランジスタ５６のコレクタに接続され、該トランジスタ５６はトランジスタ５８及び電流源６０と組み合わせられて第２のカレントミラーを形成する。これまで説明してきた回路内では、ダイオード４８、５０及びトランジスタ５２、５４がトランスリニア回路構造を形成し、この構造では、２つのダイオードの電圧の和がトランジスタ５２、５４の２つのベース−エミッタ接合部の電圧の和に等しく、２つのトランジスタの電流の積が２つのダイオードの電流の積に等しい。これによって、トランジスタ５４の電流が、トランジスタ５２の電流で除算したセンストランジスタ２８の電流の二乗に比例する。トランジスタ５２の電流は電流源６０によって与えられた電流にほぼ等しいため、例えば電流源６０の値を選択することによって回路出力を正確にすることができ、回路の温度のばらつきを補償することができる。
【００２１】
抵抗器６２を介してトランジスタ５４に電流を流すことによって、端末３２で電力検出回路出力信号Ｖ_ＤＥＴが生成され、コンデンサ６４が抵抗器６２に並列に設けられて（他のタイプの平均化回路を用いてもよいが）単純なＲＣ平均化回路を形成する。そのため、出力Ｖ_ＤＥＴは、増幅トランジスタの電力レベルをより正確に表す平均化信号を表す。
【００２２】
このようにして、本発明は、増幅トランジスタの電力レベルに正比例する出力を生成する、ＲＦ増幅器又は音声増幅器での使用に適した電力増幅器回路用の電力検出回路を提供する。本発明の回路は小型で、効率的で、簡単に実施でき、従来技術の回路よりもより正確に増幅トランジスタの電力レベルを表す信号を出力する。
【００２３】
本発明をその幾つかの好適な実施の形態を参照して特に示し説明してきたが、当業者なら、形態及び詳細の種々の変更を本発明の趣旨又は範囲から逸脱せずに行うことができることを理解されたい。したがって、例えば、種々のタイプの電力増幅回路、感知回路、二乗回路及び平均化回路を適切に用いることができ、ここに示した回路構造の代替物を特定の設計上の要求を満たすように形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電力検出回路を有する電力増幅回路の簡易概略部分ブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の電力検出回路の簡易概略図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の電力検出回路の概略図である。

Claims

入力信号を増幅する電力増幅器回路であって、
前記入力信号を受け、そして出力信号を送出する増幅トランジスタと、
前記増幅トランジスタよりも小さく、前記入力信号を受け、そして前記増幅トランジスタを流れる電流に比例する電流を生成するセンストランジスタを有する電力検出回路を備え、
前記電力検出回路が更に、前記センストランジスタに接続されて前記増幅トランジスタを流れる電流に比例する電流を受け、前記増幅トランジスタの電力レベルに比例し、そして、前記増幅トランジスタ内の電流の二乗に比例する検出信号を生成する二乗平均回路を含み、
前記二乗平均回路が、前記検出信号を平均化する回路を含む、
電力増幅器回路。
前記二乗平均回路が、前記増幅トランジスタを流れる電流をゲート端子で受けるＭＯＳトランジスタを含み、該ＭＯＳトランジスタは前記増幅トランジスタの電力レベルに正比例する前記検出信号をドレイン端子にて供給する、請求項１に記載の電力増幅器回路。
前記二乗平均回路がトランスリニア回路を備え、
前記トランスリニア回路が、複数のバイポーラトランジスタを備え、そして前記増幅トランジスタを流れる電流に比例する電流を受ける入力端子と前記検出信号を供給する出力端子とを有する、請求項１に記載の電力増幅器回路。
請求項１乃至３のいずれかに記載の電力増幅器回路を備えるＲＦ電力増幅器回路を有する無線通信装置。