JP5207390B2 - EM class amplifier and equipment equipped with the same - Google Patents
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Description
本発明は、ＥＭ級増幅器及びこれを備えた機器に関する。 The present invention relates to an apparatus provided with a E M-class amplifier and this.
増幅器は、入力された信号を増幅する回路を有し、無線通信やインダクションヒーティング等の様々な機器に用いられる非常に有用なものである。 The amplifier has a circuit that amplifies an input signal and is very useful for various devices such as wireless communication and induction heating.
公知の増幅器としては、まずＥ級増幅器を挙げることができる（例えば下記非特許文献１）。Ｅ級増幅器は、例えば図３で示すように、定電圧源と、インダクタと、バンドパスフィルタと、負荷とが直列に接続され、インダクタにソース又はドレイン領域の一方が接続されるスイッチング素子と、上記インダクタに接続されかつ上記スイッチング素子と並列に接続されるキャパシタと、を有する。このＥ級増幅器は、スイッチング素子のゲートに増幅対象となる信号を入力することで、負荷に増幅された信号を発生させることができる。 As a known amplifier, first, a class E amplifier can be cited (for example, Non-Patent Document 1 below). For example, as shown in FIG. 3, the class E amplifier includes a constant voltage source, an inductor, a bandpass filter, and a load connected in series, and a switching element in which one of a source or drain region is connected to the inductor, And a capacitor connected to the inductor and connected in parallel with the switching element. This class E amplifier can generate an amplified signal in a load by inputting a signal to be amplified to the gate of the switching element.
Ｅ級増幅器は、高動作周波数下において高効率であるといった利点を有する。しかしながら、遅いスイッチング素子を用いた場合、電力損失が発生してしまうといった課題を有する。 Class E amplifiers have the advantage of being highly efficient at high operating frequencies. However, when a slow switching element is used, there is a problem that power loss occurs.
一方、上記Ｅ級増幅器の上記課題を解決するものとして、ＥＭ級増幅器が提案されている（例えば、下記非特許文献２、３参照）。ＥＭ級増幅器は、例えば図４で示すように、主回路と、補助回路と、を有した増幅器となっている。
上記ＥＭ級増幅器は、上記Ｅ級動作のメリットに加えて電力損失を抑えることができる点において有用である。しかしながら、主回路、補助回路のそれぞれのスイッチング素子に対し別の信号の入力が必要となる。そしてこれら入力はＥＭ級増幅器の機能確保のため、特定の位相差を保っている必要があり、この位相差を確保するため、別途の制御回路が必要となるといった課題がある。そしてこの制御回路は設計が容易ではなく、別途の駆動電力が必要となり、更には回路面積の増大につながってしまい、結局は製造コストにも影響する。 Part E M class amplifier is useful in that it is possible to suppress the power loss in addition to the benefits of the E-class operation. However, it is necessary to input different signals to the switching elements of the main circuit and the auxiliary circuit. And for these inputs features secure E M-class amplifier, must maintain a specific phase difference, this to ensure the phase difference, there is a problem it is necessary to separate control circuit. This control circuit is not easy to design, requires separate drive power, further increases the circuit area, and eventually affects the manufacturing cost.
そこで、本発明は、上記課題を解決し、より省電力、小面積を達成し、より製造コストの安い増幅器及びこれを用いた機器を提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to solve the above-described problems, to provide an amplifier that achieves lower power consumption and a smaller area, and has a lower manufacturing cost, and a device using the amplifier.
本発明者らは、上記課題について鋭意検討を行なったところ、主回路と補助回路とを有するＥＭ級増幅器において、主回路側にフィードバック回路を持たせることで本発明を完成させるに至った。 The present inventors have conducted intensive studies for the above problems, in E M-class amplifier having a main circuit and an auxiliary circuit, and completed the present invention by giving the feedback circuit to the main circuit side.
すなわち、本発明の第一の観点に係るＥＭ級増幅器は、主回路と、主回路に信号を入力する補助回路と、を有するＥＭ級増幅器であって、補助回路に入力される一つの信号で動作する。 That, E M-class amplifier according to a first aspect of the present invention includes a main circuit, an auxiliary circuit for inputting a signal to the main circuit, a E M-class amplifier having a single input to the auxiliary circuit Operates with signals.
また、本発明の第二の観点に係るＥＭ級増幅器は、主回路と、補助回路とを有するＥＭ級増幅器であって、主回路は、第一の定電圧源に接続するための入力端子と、入力端子に接続される第一のインダクタと、第一のインダクタにドレイン領域が接続される第一のスイッチング素子と、第一のインダクタに接続され、第一のスイッチング素子と並列に接続される第一のキャパシタと、第一のインダクタに接続される第一のバンドパスフィルタと、第一のバンドパスフィルタに接続され負荷に接続するための出力端子と、第一のバンドパスフィルタに接続される第二のキャパシタと、第二のキャパシタに接続される第三のキャパシタと、入力端子に接続される第一の抵抗と、第一の抵抗に接続される第二の抵抗と、第二のキャパシタと第三のキャパシタを接続する配線、及び、第一の抵抗と第二の抵抗と第二のインダクタを接続する配線、に接続される第二のインダクタを有し、第一のスイッチング素子は、第一の抵抗と前記第二の抵抗を接続する配線にゲートが接続されており、第一のインダクタと第一のバンドパスフィルタを接続する配線に、補助回路からの出力が入力される。 Also, E M-class amplifier according to a second aspect of the present invention is an E M-class amplifier having a main circuit and an auxiliary circuit, the main circuit has an input for connection to the first constant-voltage source A terminal, a first inductor connected to the input terminal, a first switching element whose drain region is connected to the first inductor, and a first inductor connected to the first inductor and connected in parallel with the first switching element A first capacitor to be connected, a first bandpass filter connected to the first inductor, an output terminal connected to the first bandpass filter and connected to the load, and a first bandpass filter A second capacitor connected; a third capacitor connected to the second capacitor; a first resistor connected to the input terminal; a second resistor connected to the first resistor; Second capacitor and third And a second inductor connected to the wiring connecting the capacitor and the wiring connecting the first resistor, the second resistor, and the second inductor, and the first switching element includes the first resistor The gate is connected to the wiring connecting the second resistor, and the output from the auxiliary circuit is input to the wiring connecting the first inductor and the first bandpass filter.
また、本発明の第三の観点に係るＥＭ級増幅器を備えた機器は、主回路と、補助回路とを有する機器であって、主回路は、第一の定電圧源と、第一の定電圧源に接続される第一のインダクタと、第一のインダクタにドレイン領域が接続される第一のスイッチング素子と、第一のインダクタに接続され、第一のスイッチング素子と並列に接続される第一のキャパシタと、第一のインダクタに接続される第一のバンドパスフィルタと、第一のバンドパスフィルタに接続される負荷と、第一のバンドパスフィルタに接続される第二のキャパシタと、第二のキャパシタに接続される第三のキャパシタと、第一の定電圧源に接続される第一の抵抗と、第一の抵抗に接続される第二の抵抗と、第二のキャパシタと第三のキャパシタを接続する配線、及び、第一の抵抗と第二の抵抗と第二のインダクタを接続する配線、に接続される第二のインダクタを有し、第一のスイッチング素子は、第一の抵抗と第二の抵抗の間配線にゲートが接続されており、第一のインダクタと第一のバンドパスフィルタを接続する配線に、補助回路からの出力が入力される。 The third apparatus comprising the E M-class amplifier according to an aspect of the present invention includes a main circuit, a device with the auxiliary circuit, the main circuit includes a first constant voltage source, the first A first inductor connected to the constant voltage source, a first switching element whose drain region is connected to the first inductor, a first inductor connected to the first inductor, and a parallel connection to the first switching element A first capacitor, a first bandpass filter connected to the first inductor, a load connected to the first bandpass filter, and a second capacitor connected to the first bandpass filter A third capacitor connected to the second capacitor; a first resistor connected to the first constant voltage source; a second resistor connected to the first resistor; and a second capacitor; A wiring connecting the third capacitor, and The first switching element has a second inductor connected to the wiring connecting the first resistor, the second resistance, and the second inductor, and the first switching element is a wiring between the first resistance and the second resistance The output from the auxiliary circuit is input to the wiring connecting the first inductor and the first band pass filter.
以上、本発明により、より省電力、小面積を達成し、より製造コストの安い増幅器及びそれを用いた機器を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an amplifier that achieves lower power consumption and a smaller area and is lower in manufacturing cost, and a device using the amplifier.
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は多くの異なる形態による実施が可能であり、以下の実施形態、実施例の記載にのみ限定されるものではない。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention can be implemented in many different forms, and is limited only to the description of the following embodiments and examples. It is not something.
図１は、本実施形態に係る増幅器（以下「本増幅器」という。）１を有する機器（以下「本機器」という。）１０の等価回路を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing an equivalent circuit of a device (hereinafter referred to as “present device”) 10 having an amplifier (hereinafter referred to as “present device”) 1 according to the present embodiment.
図１で示すとおり、本機器１０は増幅器１を有しており、増幅器１は、主回路２と、補助回路３とを有し、主回路２には、第一の定電圧源４及び負荷５が接続されており、補助回路３には第二の定電圧源６が接続されている。図１で示される増幅器はＥＭ級増幅器である。 As shown in FIG. 1, the device 10 includes an amplifier 1. The amplifier 1 includes a main circuit 2 and an auxiliary circuit 3. The main circuit 2 includes a first constant voltage source 4 and a load. 5 is connected, and a second constant voltage source 6 is connected to the auxiliary circuit 3. Amplifier shown in FIG. 1 is a E M class amplifier.
本実施形態に係る主回路２は、補助回路３から信号の入力を受け付け、この信号を増幅する機能を有するものである。主回路２は、限定されるわけではないが、第一の定電圧源４に接続される入力端子２０１と、入力端子２０１に接続される第一のインダクタ２０２と、第一のインダクタ２０２にドレイン領域が接続される第一のスイッチング素子２０３と、第一のインダクタ２０２に接続され、第一のスイッチング素子２０３と並列に接続される第一のキャパシタ２０４と、第一のインダクタ２０２に接続される第一のバンドパスフィルタ２０５と、第一のバンドパスフィルタ２０５に接続される外部端子２０６と、第一のバンドパスフィルタ２０５に接続される第二のキャパシタ２０７と、第二のキャパシタ２０７に接続される第三のキャパシタ２０８と、入力端子２０１に接続される第一の抵抗２０９と、第一の抵抗に接続される第二の抵抗２１０と、第二のキャパシタ２０７及び第三のキャパシタ２０８を接続する配線と第一の抵抗２０９及び第二の抵抗２１０とを接続する配線とを接続する第二のインダクタ２１１と、を有し、第一のスイッチング素子２０３は、第一の抵抗２０９と第二の抵抗２１０とを接続する配線にゲートが接続されており、第一のインダクタ２０２と第一のバンドパスフィルタ２０５を接続する配線に、補助回路３からの出力が接続される構成となっている。なお、上記の通り、入力端子２０１には、第一の定電圧源４から一定電圧が入力され、出力端子２０６からは、増幅された信号が負荷６に出力される。 The main circuit 2 according to the present embodiment has a function of receiving a signal input from the auxiliary circuit 3 and amplifying the signal. The main circuit 2 includes, but is not limited to, an input terminal 201 connected to the first constant voltage source 4, a first inductor 202 connected to the input terminal 201, and a drain connected to the first inductor 202. The first switching element 203 to which the region is connected and the first inductor 202 are connected. The first capacitor 204 connected in parallel with the first switching element 203 and the first inductor 202 are connected. Connected to first bandpass filter 205, external terminal 206 connected to first bandpass filter 205, second capacitor 207 connected to first bandpass filter 205, and second capacitor 207 A third capacitor 208, a first resistor 209 connected to the input terminal 201, a second resistor 210 connected to the first resistor, A second inductor 211 that connects a wiring connecting the second capacitor 207 and the third capacitor 208 and a wiring connecting the first resistor 209 and the second resistor 210, and the first switching The element 203 has a gate connected to the wiring connecting the first resistor 209 and the second resistor 210, and the auxiliary circuit 3 connected to the wiring connecting the first inductor 202 and the first bandpass filter 205. The output from is connected. As described above, a constant voltage is input from the first constant voltage source 4 to the input terminal 201, and an amplified signal is output to the load 6 from the output terminal 206.
本実施形態に係るＥＭ級増幅器の形態は、様々な形態で実現が可能であり、例えば導電性の材料からなる配線がプリントされた基板に各種部品を配置し、これらをハンダ等で固定することで実現してもよいし、半導体集積回路を用いてチップ化したものとすることも可能であり、特に限定されるものではない。 Form of E M-class amplifier according to this embodiment is capable of realizing a variety of forms, for example, various components disposed on a substrate on which a wiring made of a conductive material is printed, fixed them with solder or the like However, the present invention can be realized by using a semiconductor integrated circuit, and is not particularly limited.
第一の定電圧源４は、直流電圧を発生させることのできるものである。第一の定電圧源４は、上記の通り、主回路２の入力端子２０１を介して一定の電圧を主回路２に入力する。第一の定電圧源４の電圧の範囲は、出力する信号の振幅等を考慮する限りにおいて当然に調整可能である。 The first constant voltage source 4 can generate a DC voltage. The first constant voltage source 4 inputs a constant voltage to the main circuit 2 via the input terminal 201 of the main circuit 2 as described above. The voltage range of the first constant voltage source 4 can naturally be adjusted as long as the amplitude of the output signal is taken into consideration.
第一のインダクタ２０２は、上記の通り入力端子２０１を介して第一の定電圧源４に接続されている。第一のインダクタとしては、限定されるわけではないが、例えばコイルを好適に採用することができる。なお、第一のインダクタ２０２の入力端子に接続されていない側は、後述する第一のスイッチング素子２０３、第一のキャパシタ２０４、第一のバンドパスフィルタ２０５、補助回路における第二のバンドパスフィルタ３０５に接続されている。第一のインダクタ２０２のインダクタンスは、適宜調整可能である。 The first inductor 202 is connected to the first constant voltage source 4 via the input terminal 201 as described above. Although it does not necessarily limit as a 1st inductor, For example, a coil can be employ | adopted suitably. The side not connected to the input terminal of the first inductor 202 includes a first switching element 203, a first capacitor 204, a first bandpass filter 205, and a second bandpass filter in the auxiliary circuit, which will be described later. 305 is connected. The inductance of the first inductor 202 can be adjusted as appropriate.
第一のスイッチング素子２０３は、ゲートの入力に応じて、ソース領域とドレイン領域の間の通電、絶縁を制御することのできるものであり、この限りにおいて限定されるわけではないが、ｎ型のＭＯＳＦＥＴを好ましく採用することができる。なお本実施形態において、第一のインダクタ２０２に接続されていない側のソース領域は、グラウンドに接地されている。 The first switching element 203 can control energization and insulation between the source region and the drain region in accordance with the input of the gate, and is not limited to this. A MOSFET can be preferably employed. In the present embodiment, the source region on the side not connected to the first inductor 202 is grounded.
第一のキャパシタ２０４は、電荷を蓄積することのできるものである。本実施形態に係る第一のキャパシタ２０４は上記の通り第一のインダクタ２０２に接続されており、かつ、第一のスイッチング素子２０３と並列に接続されており、しかも、第一のインダクタ２０２に接続されている側と反対の側はグラウンドに接地されている。 The first capacitor 204 is capable of accumulating electric charges. The first capacitor 204 according to the present embodiment is connected to the first inductor 202 as described above, is connected in parallel to the first switching element 203, and is connected to the first inductor 202. The opposite side is grounded to ground.
第一のバンドパスフィルタ２０５は、共振を用いて所望の周波数以外の信号を除去することのできるものであり、限定されるわけではないが、バンドパスフィルタ用のキャパシタと、バンドパスフィルタ用のインダクタを直列に接続させたものであることは好ましい一例である。図１の例では、第一のバンドパスフィルタ２０５は、第一のインダクタ２０２に接続されるキャパシタ２０５１と、これに直列に接続されるインダクタ２０５２と、を有して構成されている。なお、第一のバンドパスフィルタ２０５の、第一のインダクタ２０２と接続されていない側は、出力端子２０６、第二のキャパシタ２０７に接続されている。 The first band-pass filter 205 can remove signals other than the desired frequency using resonance, and is not limited to, but is not limited to a band-pass filter capacitor and a band-pass filter. It is a preferable example that inductors are connected in series. In the example of FIG. 1, the first band pass filter 205 includes a capacitor 2051 connected to the first inductor 202 and an inductor 2052 connected in series thereto. The side of the first band pass filter 205 that is not connected to the first inductor 202 is connected to the output terminal 206 and the second capacitor 207.
負荷６は、主回路２の共振フィルタ２０５に外部出力端子２０６を介して接続され、増幅された信号に基づき所望の処理を行うものである。負荷６としては、限定されるわけではないが、例えば機器が無線通信機器であれば、アンテナ等を採用することができる。 The load 6 is connected to the resonance filter 205 of the main circuit 2 via the external output terminal 206, and performs a desired process based on the amplified signal. For example, if the device is a wireless communication device, an antenna or the like can be adopted as the load 6.
第二のキャパシタ２０７は、第一の共振フィルタ２０５に接続されている。また第三のキャパシタ２０８は、第二のキャパシタ２０７に直列に接続されている。なお第三のキャパシタ２０８の第二のキャパシタ２０７接続されていない側はグラウンドに接地されている。後述するが、第二のキャパシタ２０７及び第三のキャパシタ２０８は、第一のスイッチング素子２０３のゲートに入力される電圧の値を調整するために用いられるものであり、これらを設けることで、ゲート破壊電圧以上の電圧をゲートに入力しないよう防止することが可能となる。よって第二のキャパシタ２０７、第三のキャパシタ２０８の容量は適宜調整可能であり、限定されるものではない。 The second capacitor 207 is connected to the first resonance filter 205. The third capacitor 208 is connected in series with the second capacitor 207. The side of the third capacitor 208 not connected to the second capacitor 207 is grounded. As will be described later, the second capacitor 207 and the third capacitor 208 are used to adjust the value of the voltage input to the gate of the first switching element 203. By providing these, the gate It is possible to prevent a voltage higher than the breakdown voltage from being input to the gate. Accordingly, the capacitances of the second capacitor 207 and the third capacitor 208 can be adjusted as appropriate, and are not limited.
第一の抵抗２０９は、入力端子２０１を介して第一の定電圧源４に接続され、電圧を降下させることができる。また第二の抵抗２１０は、第一の抵抗２０９と直列に接続されており、第一の抵抗と接続されていない側はグラウンドに接地されている。また、第一の抵抗２０９と第二の抵抗２１０を接続する配線は、第一のスイッチング素子２０３のゲートに接続されており、常時一定のバイアス電圧をゲートに提供することができる。抵抗の値は適宜調整可能であるが、第一のスイッチング素子２０３のゲートの閾値電圧近傍であることが好ましい。 The first resistor 209 is connected to the first constant voltage source 4 via the input terminal 201 and can drop the voltage. The second resistor 210 is connected in series with the first resistor 209, and the side not connected to the first resistor is grounded. Further, the wiring connecting the first resistor 209 and the second resistor 210 is connected to the gate of the first switching element 203 and can always provide a constant bias voltage to the gate. Although the resistance value can be adjusted as appropriate, it is preferably in the vicinity of the threshold voltage of the gate of the first switching element 203.
第二のインダクタ２１１は、第二のキャパシタ２０７及び第三のキャパシタ２０８を接続する配線と、第一の抵抗２０９及び第二の抵抗２１０を接続する配線の間に配置されている。また第二のインダクタ２１１は、図１からも明らかなように第一のスイッチング素子２０３のゲートにも接続されており、第一のスイッチング素子２０３のゲートとソースとの間に存在する寄生容量と相まって、バンドパスフィルタとして機能することができる。 The second inductor 211 is disposed between the wiring connecting the second capacitor 207 and the third capacitor 208 and the wiring connecting the first resistor 209 and the second resistor 210. The second inductor 211 is also connected to the gate of the first switching element 203 as is apparent from FIG. 1, and the parasitic capacitance existing between the gate and the source of the first switching element 203. In combination, it can function as a bandpass filter.
また本実施形態において、補助回路３からの信号は、第一のインダクタ２０２と共振フィルタ２０５とを接続する配線に入力される。 In the present embodiment, the signal from the auxiliary circuit 3 is input to the wiring connecting the first inductor 202 and the resonance filter 205.
また本実施形態において、補助回路３は、主回路２において処理される信号に対して動作周波数の２以上の整数倍の周波数、かつ、適切な位相差を持つ電流を作成するための回路であり、この限りにおいて限定されるわけではないが、例えば、第二の定電圧源６に接続するための入力端子３０１と、第三のインダクタ３０２と、第三のインダクタ３０２に接続される第二のバンドパスフィルタ３０５と、第三のインダクタ３０２にドレイン領域が接続される第二のスイッチング素子３０３と、上記第三のインダクタ３０２に接続されかつ上記第二のスイッチング素子３０３と並列に接続される第四のキャパシタ３０４と、を有し、第二のバンドパスフィルタ３０５は、主回路の第一のインダクタ２０２と第一のバンドパスフィルタ２０５とを接続する配線に接続されており、信号を出力する。なお、第二のスイッチング素子３０３のゲートは、ＥＭ級増幅器外部からの入力を受け付ける。なおこの構成は、一般に周波数逓倍器と呼ばれる。 In the present embodiment, the auxiliary circuit 3 is a circuit for creating a current having a frequency that is an integer multiple of 2 or more of the operating frequency with respect to the signal processed in the main circuit 2 and an appropriate phase difference. Although not limited to this, for example, an input terminal 301 for connection to the second constant voltage source 6, a third inductor 302, and a second terminal connected to the third inductor 302 A band-pass filter 305, a second switching element 303 whose drain region is connected to the third inductor 302, and a second switching element connected to the third inductor 302 and connected in parallel to the second switching element 303. Four capacitors 304, and the second band-pass filter 305 includes a first inductor 202 and a first band-pass filter 205 of the main circuit. It is connected to a wiring connection to, and outputs the signal. Note that the gate of the second switching element 303 accepts an input from outside the EM class amplifier. This configuration is generally called a frequency multiplier.
第二の定電圧源６は、補助回路３における入力端子３０１を介して補助回路に一定電圧を入力することができる。 The second constant voltage source 6 can input a constant voltage to the auxiliary circuit via the input terminal 301 in the auxiliary circuit 3.
第三のインダクタ３０２は、上記の通り入力端子３０１を介して第二の定電圧源６に接続されている。なお、第三のインダクタ３０２の入力端子３０１に接続されていない側は、第二のスイッチング素子３０３、第四のキャパシタ３０４、第二のバンドパスフィルタ３０５に接続されている。 The third inductor 302 is connected to the second constant voltage source 6 via the input terminal 301 as described above. Note that the side of the third inductor 302 not connected to the input terminal 301 is connected to the second switching element 303, the fourth capacitor 304, and the second bandpass filter 305.
第二のバンドパスフィルタ３０５は、上記の通り、第三のインダクタ３０２に接続されており、第三のインダクタ３０２に接続されていない側は、上記の通り主回路２における第一のバンドパスフィルタ２０５と第一のインダクタ２０２とを接続する配線に接続されている。第二のバンドパスフィルタ３０５は、上記主回路２における第一のバンドパスフィルタ２０５と同様の機能を有するものであり、同様の構成を採用することができる。図１の例では、第二のバンドパスフィルタ３０５として、第三のインダクタ３０２に接続されるインダクタ３０５２と、これに直列に接続されるキャパシタ３０５１と、を有して構成されている。 The second band pass filter 305 is connected to the third inductor 302 as described above, and the side not connected to the third inductor 302 is the first band pass filter in the main circuit 2 as described above. It is connected to the wiring connecting 205 and the first inductor 202. The second band pass filter 305 has the same function as the first band pass filter 205 in the main circuit 2 and can adopt the same configuration. In the example of FIG. 1, the second band-pass filter 305 includes an inductor 3052 connected to the third inductor 302 and a capacitor 3051 connected in series thereto.
第二のスイッチング素子３０３は、上記主回路２における第一のスイッチング素子２０３と同様の構成を採用することができる。本実施形態において、第二のスイッチング素子のドレイン領域は、第三のインダクタ３０２に接続され、ソース領域は、グラウンドに接地されている。また第二のスイッチング素子３０３のゲートには、増幅対象となる駆動信号が入力される。 The second switching element 303 can adopt the same configuration as the first switching element 203 in the main circuit 2. In the present embodiment, the drain region of the second switching element is connected to the third inductor 302, and the source region is grounded to the ground. A drive signal to be amplified is input to the gate of the second switching element 303.
第四のキャパシタ３０４は、第三のインダクタ３０２に接続されており、かつ、第二のスイッチング素子３０３と並列に接続されている。また、第四のキャパシタ３０４において、第三のインダクタ３０２に接続されてない側はグラウンドに接地されている。 The fourth capacitor 304 is connected to the third inductor 302 and is connected in parallel with the second switching element 303. The side of the fourth capacitor 304 that is not connected to the third inductor 302 is grounded.
ここで、本実施形態に係るＥＭ級増幅器の動作について、詳細に説明する。 Herein, the operation of the E M class amplifier according to this embodiment will be described in detail.
まず、第二のスイッチング素子のゲートに、例えば図２（Ａ）で示すような増幅対象となる交流の入力信号を周期的に入力し、一定時間経過させて定常状態になると、第二のスイッチング素子３０３のゲートのＯＮ又はＯＦＦに応じ、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）で示す電圧又は電流挙動を示す。そしてこの結果、第二のバンドパスフィルタ３０５からは図２（Ｄ）で示す電流が出力され、主回路２の第一のインダクタ２０２と第一の共振フィルタ２０５を接続する配線に入力される。 First, an AC input signal to be amplified is periodically input to the gate of the second switching element, for example, as shown in FIG. 2A. The voltage or current behavior shown in FIGS. 2B and 2C is shown depending on whether the gate of the element 303 is turned on or off. As a result, the current shown in FIG. 2D is output from the second bandpass filter 305 and input to the wiring connecting the first inductor 202 and the first resonance filter 205 of the main circuit 2.
そしてこの結果、第一のスイッチング素子２０３のゲートに印加されるフィードバック電圧は図２（Ｅ）のように、第一のスイッチング素子２０３に流れる電圧、電流はそれぞれ図２（Ｆ）、（Ｇ）のようになり、更にこの結果、主回路２の出力端子２０６からは図２（Ｈ）のようになる。この結果、より省電力、小面積を達成し、より製造コストの安いＥＭ増幅器を提供することができる。具体的には、主回路にフィードバック機構を設けたため入力が補助回路側への１入力でよくなり、周波数の一致、位相の同期といった制御回路が不要となるため、回路構成が単純化されより小面積、省電力となる。更には、補助回路の出力電流が主回路のスイッチング素子及びそれと並列なキャパシタにながれるため、主回路においてスイッチ電圧にジャンプが現れにくくなり、高周波数、高効率というＥＭ級増幅器の利点をそのまま受け継ぐことができる。より具体的には、（１）主回路のスイッチング素子の切り替わりにおいて、スイッチがオフからオンに切り替わるときは、ドレイン・ソース間に係る電圧が、また、スイッチがオンからオフに切り替わるときにはドレイン・ソースを流れる電流がそれぞれゼロとなり、さらにそれらの傾きもゼロになる。このように設計することで高周波数において、高効率の回路動作を達成する。更に、スイッチスピードの遅いＭＯＳＦＥＴの使用も可能となり、作製コストの削減に貢献する。なお、これらはＥＭ級増幅器の利点であり、それをそのまま引き継いでいる。（２）補助回路のスイッチの切り替わりにおいて、スイッチがオフからオンに切り替わるとき、その電圧がゼロとなるように動作させる。また、そのような回路素子値を選定する。これにより、補助回路の電力損失も抑えることができる。 As a result, the feedback voltage applied to the gate of the first switching element 203 is as shown in FIG. 2E, and the voltage and current flowing through the first switching element 203 are as shown in FIGS. 2F and 2G, respectively. As a result, the output terminal 206 of the main circuit 2 becomes as shown in FIG. As a result, it is possible to provide an EM amplifier that achieves lower power consumption and a smaller area and is lower in manufacturing cost. Specifically, since a feedback mechanism is provided in the main circuit, only one input to the auxiliary circuit side is required, and a control circuit such as frequency matching and phase synchronization is not required, so that the circuit configuration is simplified and smaller. Area and power saving. Furthermore, since the output current of the auxiliary circuit can flow to the switching element of the main circuit and the capacitor in parallel therewith, it is difficult for jumps to appear in the switch voltage in the main circuit, and the advantages of the EM class amplifier of high frequency and high efficiency are inherited as they are. Can do. More specifically, (1) in switching of the switching element of the main circuit, when the switch is switched from OFF to ON, the voltage between the drain and source is changed, and when the switch is switched from ON to OFF, the drain and source are switched. The currents flowing through each of them become zero, and their inclination becomes zero. This design achieves highly efficient circuit operation at a high frequency. Furthermore, it is possible to use a MOSFET with a slow switch speed, which contributes to a reduction in manufacturing cost. Note that these are the advantages of E M-class amplifier, taken over it as it is. (2) When the switch of the auxiliary circuit is switched, the switch is operated so that the voltage becomes zero when the switch is switched from OFF to ON. Moreover, such a circuit element value is selected. Thereby, the power loss of the auxiliary circuit can also be suppressed.
なお、重複する部分もあるが、本実施形態に係る増幅器の技術的思想について説明する。まず、１入力でＥＭ級臓腑行く器を動かすことを考える。このとき、入力と出力は同じ周波数をもたなければならない。ＥＭ級増幅器には二つのスイッチング素子を含むため、一方のスイッチング素子を出力電圧からフィードバックさせた正弦波で駆動することを考える。このとき、出力は理想的な正弦波であることを仮定すると、低周波数、高周波数成分を持たないため、フィードバックした電圧も、同じ周波数を持つ正弦波となる。ここで補助回路をフィードバック電圧で駆動する回路を考える。このとき、駆動信号は出力と同じ周波数をもち、かつ、補助回路は出力周波数の整数倍の電流を生成しなければならないことを考えると、補助回路には周波数逓倍器（入力周波数に対して整数倍周波数を持つ出力を生成する回路）を適用することが極めて望ましい。この場合、補助回路のスイッチング素子の時比率（オンとオフの時間の比）は０．５より大きくする必要があり、これは、補助回路のスイッチング素子に閾値電圧より高いバイアス電圧を必要とする。この結果、本実施形態に係る構成にたどり着くものである。 Although there are overlapping portions, the technical idea of the amplifier according to this embodiment will be described. First, let's consider moving an EM class device with one input. At this time, the input and the output must have the same frequency. Because the E M-class amplifier including two switching devices, considering that driven by a sine wave obtained by feeding back the one switching element from the output voltage. At this time, assuming that the output is an ideal sine wave, since there is no low frequency or high frequency component, the fed back voltage is also a sine wave having the same frequency. Here, consider a circuit that drives the auxiliary circuit with a feedback voltage. At this time, considering that the drive signal has the same frequency as the output and that the auxiliary circuit must generate a current that is an integer multiple of the output frequency, the auxiliary circuit has a frequency multiplier (an integer relative to the input frequency). It is highly desirable to apply a circuit that generates an output having a double frequency. In this case, the duty ratio of the switching element of the auxiliary circuit (ratio of on and off times) needs to be larger than 0.5, which requires a bias voltage higher than the threshold voltage for the switching element of the auxiliary circuit. . As a result, the configuration according to the present embodiment is reached.
上記実施形態に係るＥＭ級増幅器について、具体的な製作を行い、その効果を確認した。以下具体的に説明する。 For E M-class amplifier according to the embodiment performs a specific fabrication, and confirmed the effect. This will be specifically described below.
プリント基板上に、３０μＨの第一のインダクタ（Ｍｉｃｒｏｍｅｔａｌ社製、Ｔ２コア使用）と、第一のスイッチング素子（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ社製、ＩＲＦ５３０、閾値電圧３Ｖ）と、１．４９ｎＦの第一のキャパシタと、第一のバンドパスフィルタ（５８８ｐＦのキャパシタと、１０．７μＨのインダクタ（Ｍｉｃｒｏｍｅｔａｌｓ社製、＃２コア使用））と、５８８ｐＦの第二のキャパシタと、１．０２ｎＦの第三のキャパシタと、８５０ｋΩの第一の抵抗と、３００ｋΩの第二の抵抗と、９．６９μＨの第二のインダクタ（Ｍｉｃｒｏｍｅｔａｌｓ社製、＃２コア使用）とを配置して主回路を形成した。接続関係は上記実施形態のとおりである。また、同じプリント基板上に、９７．５μＨの第三のインダクタと、第二のスイッチング素子（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ社製、ＩＲＦ５３０、閾値電圧３Ｖ）と、１．０６ｎＦの第四のキャパシタと、第二のバンドパスフィルタ（３９０ｐＦのキャパシタと４．６６μＨのインダクタ（Ｍｉｃｒｏｍｅｔａｌｓ社製、＃２コア使用））と、を配置し、補助回路を形成した。そしてこれら第一の定電圧源、第二の定電圧源としてファンクションジェネレータ（第一の定電圧源：ＫＩＫＵＳＵＩ社製、ＰＡＳ４０−１８、第二の定電圧源：ＫＩＫＵＳＵＩ社製、ＰＡＤ７０−５Ｌ）、を用いた。なお、第二のスイッチング素子には、Ｔｅｋｔｒｏｎｉｘ社製のファンクションジェネレータ（ＡＦＧ３２５２）を用い、所望の電圧を入力させた。上記主回路及び補助回路に接続した。なお接続関係は上記実施形態に記載のとおりである。 On the printed circuit board, a 30 μH first inductor (Micrometal, using T2 core), a first switching element (International Rectifier, IRF530, threshold voltage 3V), a 1.49 nF first capacitor, , A first bandpass filter (a 588 pF capacitor, a 10.7 μH inductor (Micrometals, using # 2 core)), a second capacitor of 588 pF, a third capacitor of 1.02 nF, and 850 kΩ The first resistor, the second resistor of 300 kΩ, and the second inductor of 9.69 μH (manufactured by Micrometals, using # 2 core) were arranged to form a main circuit. The connection relationship is as in the above embodiment. On the same printed circuit board, a 97.5 μH third inductor, a second switching element (International Rectifier, IRF530, threshold voltage 3 V), a 1.06 nF fourth capacitor, A bandpass filter (a 390 pF capacitor and an inductor of 4.66 μH (manufactured by Micrometals, using # 2 core)) was arranged to form an auxiliary circuit. And as these first constant voltage source and second constant voltage source, a function generator (first constant voltage source: manufactured by KIKUSUI, PAS40-18, second constant voltage source: manufactured by KIKUSUI, PAD70-5L), Was used. As the second switching element, a Tektronix function generator (AFG3252) was used to input a desired voltage. The main circuit and auxiliary circuit were connected. The connection relationship is as described in the above embodiment.
そしてこの回路に、２．０ＭＨｚ、振幅５．０Ｖの交流電圧を印加したところ、図２で示すような波形を得ることができた。この結果、上記実施形態の通り、より省電力、小面積を達成し、より製造コストの安い増幅器を提供できることを確認した。 When an alternating voltage of 2.0 MHz and amplitude of 5.0 V was applied to this circuit, a waveform as shown in FIG. 2 could be obtained. As a result, it was confirmed that, as in the above-described embodiment, it is possible to provide an amplifier that achieves lower power consumption and a smaller area and is lower in manufacturing cost.
本発明は、ＥＭ級増幅器として様々な電気製品に応用が可能であり、産業上の利用可能性がある。
The present invention can be applied to various electric products as an EM class amplifier and has industrial applicability.
Claims (6)
前記主回路は、
第一の定電圧源に接続される入力端子と、
前記入力端子に接続される第一のインダクタと、
前記第一のインダクタにドレイン領域が接続される第一のスイッチング素子と、
前記第一のインダクタに接続され、前記第一のスイッチング素子と並列に接続される第一のキャパシタと、
前記第一のインダクタに接続される第一のバンドパスフィルタと、
前記第一のバンドパスフィルタに接続され負荷に接続するための出力端子と、
前記第一のバンドパスフィルタに接続される第二のキャパシタと、
前記第二のキャパシタに接続される第三のキャパシタと、
前記入力端子に接続される第一の抵抗と、
前記第一の抵抗に接続される第二の抵抗と、
前記第二のキャパシタと前記第三のキャパシタを接続する配線、及び、前記第一の抵抗と前記第二の抵抗と第二のインダクタを接続する配線、に接続される第二のインダクタを有し、
前記第一のスイッチング素子は、前記第一の抵抗と前記第二の抵抗の間配線にゲートが接続されており、
前記第一のインダクタと前記第一のバンドパスフィルタを接続する配線に、前記補助回路からの出力が入力されるＥＭ級増幅器。 A E M-class amplifier having a main circuit and an auxiliary circuit,
The main circuit is:
An input terminal connected to the first constant voltage source;
A first inductor connected to the input terminal;
A first switching element having a drain region connected to the first inductor;
A first capacitor connected to the first inductor and connected in parallel with the first switching element;
A first bandpass filter connected to the first inductor;
An output terminal connected to the load connected to the first bandpass filter;
A second capacitor connected to the first bandpass filter;
A third capacitor connected to the second capacitor;
A first resistor connected to the input terminal;
A second resistor connected to the first resistor;
A second inductor connected to the wiring connecting the second capacitor and the third capacitor, and the wiring connecting the first resistor, the second resistor and the second inductor; ,
The first switching element has a gate connected to a wiring between the first resistor and the second resistor,
It said first inductor and a wiring for connecting the first band-pass filter, E M-class amplifier output from the auxiliary circuit is input.
前記主回路は、
第一の定電圧源と、
前記第一の定電圧源に接続される第一のインダクタと、
前記第一のインダクタにドレイン領域が接続される第一のスイッチング素子と、
前記第一のインダクタに接続され、前記第一のスイッチング素子と並列に接続される第一のキャパシタと、
前記第一のインダクタに接続される第一のバンドパスフィルタと、
前記第一のバンドパスフィルタに接続される負荷と、
前記第一のバンドパスフィルタに接続される第二のキャパシタと、
前記第二のキャパシタに接続される第三のキャパシタと、
前記第一の定電圧源に接続される第一の抵抗と、
前記第一の抵抗に接続される第二の抵抗と、
前記第二のキャパシタと前記第三のキャパシタを接続する配線、及び、前記第一の抵抗と前記第二の抵抗と第二のインダクタを接続する配線、に接続される第二のインダクタを有し、
前記第一のスイッチング素子は、前記第一の抵抗と前記第二の抵抗の間配線にゲートが接続されており、
前記第一のインダクタと前記第一のバンドパスフィルタを接続する配線に、前記補助回路からの出力が入力されるＥＭ級増幅器を備えた機器。
A device equipped with an EM class amplifier having a main circuit and an auxiliary circuit,
The main circuit is:
A first constant voltage source;
A first inductor connected to the first constant voltage source;
A first switching element having a drain region connected to the first inductor;
A first capacitor connected to the first inductor and connected in parallel with the first switching element;
A first bandpass filter connected to the first inductor;
A load connected to the first bandpass filter;
A second capacitor connected to the first bandpass filter;
A third capacitor connected to the second capacitor;
A first resistor connected to the first constant voltage source;
A second resistor connected to the first resistor;
A second inductor connected to the wiring connecting the second capacitor and the third capacitor, and the wiring connecting the first resistor, the second resistor and the second inductor; ,
The first switching element has a gate connected to a wiring between the first resistor and the second resistor,
Apparatus including said the first inductor and a wiring for connecting the first band-pass filter, E M-class amplifier output from the auxiliary circuit is input.
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