JP5235025B2 - Amplifier circuit - Google Patents
Amplifier circuit Download PDFInfo
- Publication number
- JP5235025B2 JP5235025B2 JP2010168157A JP2010168157A JP5235025B2 JP 5235025 B2 JP5235025 B2 JP 5235025B2 JP 2010168157 A JP2010168157 A JP 2010168157A JP 2010168157 A JP2010168157 A JP 2010168157A JP 5235025 B2 JP5235025 B2 JP 5235025B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mos transistor
- amplifier circuit
- temperature
- resistance element
- temperature sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Description
本発明は、低雑音であり且つ直線性にも優れた増幅回路に関する。 The present invention relates to an amplifier circuit having low noise and excellent linearity.
図4は、直線性に優れた増幅回路として提案された従来の増幅回路400の回路図である(例えば非特許文献参照)。
この増幅回路400は、電力増幅部410に適応バイアス発生部420にからバイアスを供給するように構成されている。
電力増幅部410は、NMOSトランジスタM1のドレインと電源VDDとの間に負荷抵抗ZLが接続され、ゲートにはRF入力信号が入力されるRF入力端子RFINが設けられ、ソースにはRF出力信号が出力されるRF出力端子RFOUTが設けられたソース接地増幅器を成している。
FIG. 4 is a circuit diagram of a conventional amplifier circuit 400 proposed as an amplifier circuit having excellent linearity (see, for example, non-patent literature).
The amplifier circuit 400 is configured to supply a bias to the
In the
適応バイアス発生部420は、NMOSトランジスタM2のゲートと適応バイアス入力端子Gとの間に抵抗R1が接続され、NMOSトランジスタM2のドレインとゲートとの間が抵抗R2を介してダイオード接続されて構成されている。
そして、適応バイアス発生部420のNMOSトランジスタM2のソースからの出力がNMOSトランジスタM1のゲートに印加されるようにして電力増幅部410にバイアスが供給される。
The
Then, a bias is supplied to the
図4のような回路では、適応バイアス発生部420における適応バイアス入力端子Gの電位をVgとすると、消費電流および線形性の観点からVgはクラスCバイアスされることが望ましい。即ち、Vg>V(RFIN)+Vth(M2)に設定されることが理想的である。ここで、V(RFIN)はRF入力端子RFINにおけるRF入力信号の電圧であり、Vth(M2)はNMOSトランジスタM2の閾値電圧である。
In the circuit as shown in FIG. 4, when the potential of the adaptive bias input terminal G in the
次に、図5を用いて従来の増幅回路400の回路の動作を説明する。図5は、図4の回路の動作を説明するための図である。
図5(a)は、電力増幅部410へのRF入力信号の振幅が小さい時のRF入力電圧V(RFIN)と131のNMOSトランジスタM2に発生する電流Iadpとの関係を示す図である。
図5(a)において、VAVE(RFIN)はRF入力電圧の平均値である。この図におけるように、電力増幅部410へのRF入力信号の振幅が小さい時は、適応バイアス発生部420のNMOSトランジスタM2及び抵抗R2から成るMOSダイオードは、クラスCバイアスされている為、オフ状態が保持される。従って電流Iadpは流れない。
図5(b)は、電力増幅部410へのRF入力信号の振幅が大きい時のRF入力電圧V(RFIN)と適応バイアス発生部420のNMOSトランジスタM2に発生する電流Iadpとの関係を示す図である。
Next, the operation of the circuit of the conventional amplifier circuit 400 will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the circuit of FIG.
FIG. 5A is a diagram showing the relationship between the RF input voltage V (RFIN) when the amplitude of the RF input signal to the
In FIG. 5A, VAVE (RFIN) is an average value of the RF input voltage. As shown in this figure, when the amplitude of the RF input signal to the
FIG. 5B shows the relationship between the RF input voltage V (RFIN) when the amplitude of the RF input signal to the
図5(b)に示すように、電力増幅部410へのRF入力信号が大きい時は、適応バイアス発生部420の入力端子Gの電位Vgが低い方に引っ張られる瞬間が発生する。即ち、適応バイアス発生部420のNMOSトランジスタM2のゲート−ソース電圧をVgs(M2)とすると、
Vgs(M2)=Vg−V(RFIN)>Vth(M2)
が成立する瞬間が生じる。そして、その瞬間だけNMOSトランジスタM2がオンとなり、電流Iadpが流れる。そのため、流れた電流Iadpに相当する電荷分だけ、電力増幅部410のNMOSトランジスタM1のゲートの電位が上昇し、NMOSトランジスタM1のゲート−ソース電圧Vgs(M1)が高くなる。
As shown in FIG. 5B, when the RF input signal to the power amplifying
Vgs (M2) = Vg−V (RFIN)> Vth (M2)
The moment when is established occurs. Only at that moment, the NMOS transistor M2 is turned on, and the current Iadp flows. Therefore, the potential of the gate of the NMOS transistor M1 of the power amplifying
ここで、NMOSトランジスタM1の閾値電圧をVth(M1)とすると、Vgs(M1)−Vth(M1)が高ければ、MOSトランジスタの線形性は高くなる。従って、図4に示された構成によれば、NMOSトランジスタM1の線形性が向上し、結果的に、図4の増幅回路400の線形性が向上することになる。
このように、図4の増幅回路400は、適応バイアス発生部420のNMOSトランジスタM2及び抵抗R2から成るMOSダイオードがオンであるときに、即ち、RF入力信号の振幅が大きいときのみ、電力増幅部410に流れる電流を増やす。従って、この電力増幅回路400は、低雑音(低歪)であり、且つ、電力効率に優れる。また、適応バイアス発生部420を構成する素子は、電力増幅部410を構成する素子と同一仕様の素子(MOSトランジスタ)によって形成されるため、プロセスの変動による特性のばらつきを生ぜず、従って、その影響を受けない。
Here, assuming that the threshold voltage of the NMOS transistor M1 is Vth (M1), the linearity of the MOS transistor is high if Vgs (M1) −Vth (M1) is high. Therefore, according to the configuration shown in FIG. 4, the linearity of the NMOS transistor M1 is improved, and as a result, the linearity of the amplifier circuit 400 of FIG. 4 is improved.
As described above, the amplifying circuit 400 of FIG. 4 includes the power amplifying unit only when the MOS diode including the NMOS transistor M2 and the resistor R2 of the adaptive
図4を参照して説明した適応バイアス発生部420は、いわゆるプリディストータとして機能する。適応バイアス発生部420の歪み特性は、電力増幅部410の歪み特性と逆位相の歪み特性を有するため、電力増幅部410に上述の適応バイアス発生部420を付加することによって増幅回路400全体での歪み特性が改善される。
The
しかしながら、既述のような従来の増幅回路では、電力増幅部の発熱により、電力増幅部のNMOSトランジスタM1とバイアス部のNMOSトランジスタM2との閾値電圧にずれが生じ、一定の仕様を満たす特性が得られなくなるという課題を残している。
この課題に対する方策として、固定バイアス発生部を設け、この固定バイアス発生部のNMOSトランジスタM2を電力増幅部のNMOSトランジスタM1の内部に配置するなどレイアウトを変更して影響を緩和することが考えられる。しかしながら、特に高周波用途の場合は、NMOSトランジスタM2とNMOSトランジスタM1とのサイズの差が顕著であり、且つ、抵抗R1、R2を伴っていることなどから、上述のようなレイアウト変更による対応は余り実際的な方策ではない。
本発明は、このような未解決の課題に鑑みてなされたものであり、電力増幅器のNMOSトランジスタとバイアス部のNMOSトランジスタとの温度差によって生じる特性の差分を補正し、広い温度範囲で一定の仕様を満たす特性を維持できる増幅回路を提供することをその目的とする。
However, in the conventional amplifying circuit as described above, the threshold voltage between the NMOS transistor M1 of the power amplifying unit and the NMOS transistor M2 of the bias unit is shifted due to heat generated by the power amplifying unit, and the characteristics satisfying a certain specification are satisfied. The problem remains that it cannot be obtained.
As a measure against this problem, it is conceivable to reduce the influence by changing the layout, for example, by providing a fixed bias generator and arranging the NMOS transistor M2 of the fixed bias generator inside the NMOS transistor M1 of the power amplifier. However, especially in the case of high-frequency applications, the difference in size between the NMOS transistor M2 and the NMOS transistor M1 is significant and the resistors R1 and R2 are involved. It is not a practical measure.
The present invention has been made in view of such an unsolved problem, and corrects the difference in characteristics caused by the temperature difference between the NMOS transistor of the power amplifier and the NMOS transistor of the bias unit, and is constant over a wide temperature range. It is an object of the present invention to provide an amplifier circuit that can maintain characteristics satisfying specifications.
上記目的を達成するべく、ここに、以下に列記するような技術を提案する。
(1)電力増幅部にバイアス発生部からバイアスを供給する構成の増幅回路であって、前記電力増幅部は、ゲートに入力信号が供給され、ドレインに負荷抵抗が接続されると共に前記ドレインから出力信号を出力する第1MOSトランジスタを含んで構成され、前記バイアス発生部は、一端に所定電圧が供給される第1抵抗素子と、ゲートが前記第1抵抗素子の他端に接続される第2MOSトランジスタと、一端が前記第2MOSトランジスタのゲートに接続され他端が前記第2MOSトランジスタのドレインに接続される第2抵抗素子とを含んで構成され、前記第2MOSトランジスタはゲート・ソース間電圧と閾値電圧との差分に応じて前記第1抵抗素子に流れる電流を制御する電流制御手段を成し、前記第2MOSトランジスタのソースから前記電力増幅部に前記バイアスを供給するように構成され、前記第1MOSトランジスタの動作温度を測定する第1温度センサと、前記第2MOSトランジスタの動作温度を測定する第2温度センサと、前記第2MOSトランジスタの環境温度を調節するための熱を発する発熱体と、前記第1温度センサの出力と前記第2温度センサ2の出力とを比較し、該比較結果に基づいて前記発熱体の発熱量を制御する電圧発生器と、を備えることを特徴とする増幅回路。
In order to achieve the above object, the following techniques are proposed here.
(1) An amplifying circuit configured to supply a bias to a power amplifying unit from a bias generating unit, wherein the power amplifying unit is supplied with an input signal at a gate, a load resistor is connected to a drain, and output from the drain The bias generator includes a first resistance element having a predetermined voltage supplied to one end thereof, and a second MOS transistor having a gate connected to the other end of the first resistance element. And a second resistance element having one end connected to the gate of the second MOS transistor and the other end connected to the drain of the second MOS transistor. The second MOS transistor has a gate-source voltage and a threshold voltage. Current control means for controlling the current flowing through the first resistance element according to the difference between the second MOS transistor and the source of the second MOS transistor. Is configured to supply the bias to the power amplifier from a first temperature sensor for measuring the operating temperature of the first 1MOS transistor, a second temperature sensor for measuring the operating temperature of the first 2MOS transistor, said first 2. A heating element that generates heat for adjusting the environmental temperature of the MOS transistor, an output of the first temperature sensor, and an output of the second temperature sensor 2 are compared, and the heating of the heating element is based on the comparison result. And a voltage generator for controlling the amount.
上記(1)の増幅回路では、電圧発生器によって、電力増幅部の第1MOSトランジスタの動作温度T1と適応バイアス発生部120のMOSトランジスタM2の温度T2との差分に応じてMOSトランジスタM2の近傍位置に配した発熱体RHの発生熱量を制御することによって、両NMOSトランジスタM1、M2の動作温度が等しくなるように調節し、NMOSトランジスタM1が線形性を維持できるバイアス条件で動作することを可能にする。
In the amplifier circuit of (1) above, the voltage generator generates a position near the MOS transistor M2 according to the difference between the operating temperature T1 of the first MOS transistor of the power amplifier and the temperature T2 of the MOS transistor M2 of the
(2)前記電圧発生器は、前記第1温度センサと前記第2温度センサによる検出温度が等しくなるように、前記発熱体の発熱量を制御することを特徴とする(1)の増幅回路。
上記(2)の増幅回路は(1)の増幅回路において特に、電圧発生器は、前記第1温度センサと前記第2温度センサによる検出温度が等しくなるように、前記発熱体の発熱量を制御するため、両NMOSトランジスタM1、M2の動作温度が等しくなるように温度調節される。
(2) The amplification circuit according to (1), wherein the voltage generator controls the amount of heat generated by the heating element so that the temperatures detected by the first temperature sensor and the second temperature sensor are equal.
In the amplifier circuit of (2), in particular, the voltage generator controls the amount of heat generated by the heating element so that the detected temperatures of the first temperature sensor and the second temperature sensor are equal. Therefore, the temperature is adjusted so that the operating temperatures of both NMOS transistors M1 and M2 are equal.
(3)前記電圧発生器は、
前記第2温度センサによる検出温度が前記第1温度センサによる検出温度よりも低い場合、前記発熱体への電力供給を増やして、前記第2MOSトランジスタの温度を上げ、
前記第2温度センサによる検出温度が前記第1温度センサによる検出温度よりも高い場合、前記発熱体への電力供給を減らして、前記第2MOSトランジスタの温度を下げるように制御を行うことを特徴とする(1)または(2)の増幅回路。
上記(3)の増幅回路では、(1)または(2)の増幅回路において特に、前記電圧発生器によって、前記発熱体への電力供給を増減する調節が行われる結果、前記第2MOSトランジスタの温度が第1MOSトランジスタの温度に等しくなるように制御が行われる。
(3) The voltage generator is
When the temperature detected by the second temperature sensor is lower than the temperature detected by the first temperature sensor, the power supply to the heating element is increased to increase the temperature of the second MOS transistor,
When the temperature detected by the second temperature sensor is higher than the temperature detected by the first temperature sensor, control is performed to reduce the temperature of the second MOS transistor by reducing power supply to the heating element. The amplifier circuit according to (1) or (2).
In the amplifier circuit of (3), in particular, in the amplifier circuit of (1) or (2), the voltage generator is adjusted to increase or decrease the power supply to the heating element. As a result, the temperature of the second MOS transistor Is controlled to be equal to the temperature of the first MOS transistor.
(4)前記発熱体は、抵抗素子を有することを特徴とする(1)乃至(3)の何れか一の増幅回路。
上記(4)の増幅回路では、(1)乃至(3)の何れか一の増幅回路において特に、発熱体は、抵抗素子を有する簡素で発熱量の制御が容易な構成である。
(5)前記抵抗素子は、Si上に概略2次元の領域を占めるように形成された抵抗素子であることを特徴とする(4)の増幅回路。
上記(5)の増幅回路では、(4)の増幅回において特に、発熱体の抵抗素子は、Si上に概略2次元の領域を占めるように形成された抵抗素子であり所定の抵抗値のものを比較的容易に製造することができる。
(4) The amplification circuit according to any one of (1) to (3), wherein the heating element includes a resistance element.
In the amplifier circuit of (4) above, particularly in the amplifier circuit of any one of (1) to (3), the heating element has a simple structure having a resistance element and easy control of the amount of generated heat.
(5) The amplification circuit according to (4), wherein the resistance element is a resistance element formed so as to occupy a substantially two-dimensional region on Si.
In the amplification circuit of (5), particularly in the amplification operation of (4), the resistance element of the heating element is a resistance element formed so as to occupy a substantially two-dimensional region on Si and having a predetermined resistance value. Can be manufactured relatively easily.
(6)前記抵抗素子は、Si上に3次元の領域を占めるように形成されたディープトレンチ分離構造またはシャロウトレンチ分離構造により作成された抵抗素子であることを特徴とする(4)の増幅回路。
(6)の増幅回路では、(4)の増幅回において特に、このような抵抗素子から発せられる熱が第2MOSトランジスタの深さ方向まで伝導するため温度制御における応答特性に優れる。
(7)前記抵抗素子は、ポリシリコン、拡散層、ウエルの何れか一つ、または、それらの組み合わせで構成されることを特徴とする(5)または(6)の増幅回路。
(7)の増幅回路では、(5)乃至(6)の何れか一の増幅回路において特に、このような抵抗素子を第2MOSトランジスタの製造工程で作り込むことができる。
(6) The amplifying circuit according to (4), wherein the resistance element is a resistance element formed by a deep trench isolation structure or a shallow trench isolation structure formed so as to occupy a three-dimensional region on Si. .
In the amplification circuit of (6), particularly in the amplification operation of (4), the heat generated from such a resistance element is conducted to the depth direction of the second MOS transistor, so that the response characteristic in temperature control is excellent.
(7) The amplifier circuit according to (5) or (6), wherein the resistance element is formed of any one of polysilicon, a diffusion layer, and a well, or a combination thereof.
In the amplifier circuit of (7), particularly in the amplifier circuit of any one of (5) to (6), such a resistance element can be formed in the manufacturing process of the second MOS transistor.
(8)前記抵抗素子は、P−ポリシリコン、拡散層の組み合わせで構成されることを特徴とする(5)または(6)の増幅器。
上記(8)の増幅器では、(5)または(6)の増幅器において特に、抵抗素子は、P−ポリシリコン、拡散層の組み合わせとして構成される。
(9)前記入力信号のDC成分を阻止して前記入力信号を前記第1MOSトランジスタのゲートに印加するDC阻止容量素子を備えることを特徴とする(1)乃至(8)の何れか一の増幅回路。
上記(9)の増幅器では、(1)乃至(8)の何れか一の増幅回路において特に、DC阻止容量素子によって、入力信号のDC成分の変動に影響されにくい増幅器を実現することができる。
(8) The amplifier according to (5) or (6), wherein the resistance element includes a combination of P-polysilicon and a diffusion layer.
In the amplifier of (8), particularly in the amplifier of (5) or (6), the resistance element is configured as a combination of P-polysilicon and a diffusion layer.
(9) The amplifier according to any one of (1) to (8), further comprising a DC blocking capacitor element that blocks a DC component of the input signal and applies the input signal to a gate of the first MOS transistor. circuit.
In the amplifier of (9), in particular, in the amplifier circuit of any one of (1) to (8), it is possible to realize an amplifier that is not easily affected by fluctuations in the DC component of the input signal by the DC blocking capacitance element.
(10)前記第1MOSトランジスタのゲートに供給される固定バイアス電流を生成する固定バイアス発生部を更に備えることを特徴とする(1)乃至(9)の何れか一の増幅回路。
上記(10)の増幅回路では、(1)乃至(9)の何れか一の増幅回路において特に、
、固定バイアス発生部が前記第1MOSトランジスタのゲートに供給される固定バイアス電流を生成し、該生成された固定バイアス電流が適応バイアス発生部によるバイアス電流に重畳して用いられる。
(10) The amplifier circuit according to any one of (1) to (9), further including a fixed bias generator that generates a fixed bias current supplied to the gate of the first MOS transistor.
In the amplifier circuit of (10) above, particularly in the amplifier circuit of any one of (1) to (9),
The fixed bias generator generates a fixed bias current to be supplied to the gate of the first MOS transistor, and the generated fixed bias current is superimposed on the bias current generated by the adaptive bias generator.
(11)前記固定バイアス発生部は、バイアス電流源と、ドレインに前記バイアス電流源からの電流が供給されゲートが前記ドレインと接続される第3MOSトランジスタと、前記第3MOSトランジスタのゲートに接続されバイアス電流を入力信号に印加するバイアス用インダクタと、を備えることを特徴とする(10)の増幅回路。
上記(11)の増幅回路では、(10)の増幅回路において特に、バイアス電流源からの固定バイアス電流を、第3MOSトランジスタによるカレントミラー効果を利用してバイアス用インダクタを介して第1MOSトランジスタのゲートに供給する。これにより、RF入力信号が小さいときのバイアス電流を精度良く制御できる。
(11) The fixed bias generator includes a bias current source, a third MOS transistor in which a current is supplied to the drain from the bias current source and a gate connected to the drain, and a bias connected to the gate of the third MOS transistor. The amplifier circuit according to (10), further comprising: a bias inductor that applies a current to an input signal.
In the amplifier circuit of (11), particularly in the amplifier circuit of (10), the fixed bias current from the bias current source is applied to the gate of the first MOS transistor via the bias inductor using the current mirror effect by the third MOS transistor. To supply. Thereby, the bias current when the RF input signal is small can be accurately controlled.
本発明の増幅回路によれば、MOSダイオードの温度を直接測定することによって発熱に起因するMOSトランジスタの特性変動パラメータを制御し、電力増幅器のNMOSトランジスタとのNMOSトランジスタとの温度差によって生じる特性の差分を補正し、広い温度範囲で一定の仕様を満たす特性を維持できる増幅回路が実現される。 According to the amplifier circuit of the present invention, the characteristic variation parameter of the MOS transistor due to heat generation is controlled by directly measuring the temperature of the MOS diode, and the characteristic caused by the temperature difference between the NMOS transistor of the power amplifier and the NMOS transistor is controlled. An amplifier circuit capable of correcting the difference and maintaining characteristics satisfying a certain specification in a wide temperature range is realized.
以下に図面を参照して本発明の実施の形態について詳述することにより本発明を明らかにする。
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の一つの実施の形態としての増幅回路の構成を表す回路図である。
図1の増幅回路100は、電力増幅部110に適応バイアス発生部120からバイアスを供給する構成に加えて、固定バイアス発生部130からもバイアスを供給するように構成されている。
Hereinafter, the present invention will be clarified by describing embodiments of the present invention in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of an amplifier circuit as one embodiment of the present invention.
The amplifier circuit 100 of FIG. 1 is configured to supply a bias from the fixed
電力増幅部110は、NMOSトランジスタM1のドレインと電源VDDとの間に負荷抵抗ZLが接続され、ゲートにはRF入力信号が入力されるRF入力端子RFINが設けられ、ソースにはRF出力信号が出力されるRF出力端子RFOUTが設けられたソース接地増幅器を成している。尚、入力信号中のDC成分の変動に影響されない出力特性を得るために、RF入力端子RFINは、DC阻止用の容量素子CINを介してNMOSトランジスタM1のゲートに接続されている。そして、NMOSトランジスタM1の近傍位置にNMOSトランジスタM1の動作温度を測定する温度センサTS1が配されている。
In the
適応バイアス発生部120は、バイアス入力電圧Vgが印加される適応バイアス入力端子Gを有し、この入力端子Gは抵抗R1を介してNMOSトランジスタM2のゲートに接続されている。また、NMOSトランジスタM2のソースとゲートは抵抗R2を介してダイオード接続されている。そして、適応バイアス発生部120の出力端であるNMOSトランジスタM2のソースが電力増幅部110を構成するソース接地増幅器のNMOSトランジスタM1のゲートに接続されている。更に、NMOSトランジスタM2の近傍位置に発熱体RHと温度センサTS2とが配されている。この発熱体RHはNMOSトランジスタM2の環境温度を調節するためのものである。また、温度センサTS2はNMOSトランジスタM2の動作温度を測定するためのものである。
The
更に、適応バイアス発生部120は、温度センサTS2の出力T2と温度センサTS1の出力T1とを比較して、該比較の結果に基づき発熱体RHへの供給電圧を制御する電圧発生器121を備えている。
この電圧発生器121は、次の表1に示す制御規則に従った既定の電圧を発熱体RHに供給する。表1の制御規則に基づいて発熱体RHの発生熱量が制御される結果、両NMOSトランジスタM1−M2間の特性差は、デバイスサイズに依存するマッチングのレベルまで低減することができる。
Furthermore, the
The
表1において、制御の原則は、温度センサTS1の出力T1と温度センサTS2の出力T2とを等しくするということである。一般的に、電力増幅部110のNMOSトランジスタM1のデバイスサイズは大きく、消費電力も大きいので、通常動作時においては、NMOSトランジスタM1の温度はNMOSトランジスタM2の温度より高い。即ち、温度センサTS1の出力T1は温度センサTS2の出力T2よりも大きい。NMOSトランジスタM2の温度が低い場合、すなわち、温度センサTS2の出力T2が小さい場合、電圧発生器121はその出力電圧VRを上げ、発熱体RHへの電力供給を増加させて、NMOSトランジスタM2の環境温度を上げる。反対に、発熱体RHの発熱により、NMOSトランジスタM2の温度がNMOSトランジスタM1の温度よりも高くなった場合、すなわち、温度センサTS2の出力T2が温度センサTS1の出力T1よりも大きくなった場合、電圧発生器121はその出力電圧VRを下げ、発熱体RHへの電力供給を減少させて、NMOSトランジスタM2の環境温度を下げる。
In Table 1, the principle of control is to make the output T1 of the temperature sensor TS1 equal to the output T2 of the temperature sensor TS2. In general, the device size of the NMOS transistor M1 of the
従って、NMOSトランジスタM1、M2の動作状態の温度を動的にモニタしつつ、適応バイアス発生部120のNMOSトランジスタM2近傍の発熱体RHに供給する制御信号である電圧VRを制御することによって、NMOSトランジスタM1、M2の動作温度が等しくなるように調節すれば、NMOSトランジスタM1は線形性を維持することが可能なバイアス条件で動作することができる。
Therefore, the voltage VR, which is a control signal supplied to the heating element RH in the vicinity of the NMOS transistor M2 of the
加えて、制御に必須の事象はNMOSトランジスタM1、M2の動作状態における動的温度のみであって、他の事象に関する一切の情報を必要としない。従って、制御の安定性に関わる信号帯域の制限が存在しないため、通信の広帯域化等に対応する場合に支障がない。
尚、発熱体RHは抵抗素子を有する構成であり、簡素で、発熱量の制御が容易である。
本実施の形態では、上述のように、温度センサを適用することにより、制御対象であるNMOSトランジスタM1、M2の動作環境温度を直接測定できるので、制御誤差が少ない。
このため、NMOSトランジスタ内の電荷移動度など、2次的要因による誤差まで考慮した制御を行うことができる。よって、NMOSトランジスタM1、M2の温度差によるこれらNMOSトランジスタM1、M2の特性パラメータ差を低減することが可能になり、広い温度範囲に亘って所定の出力特性を維持することができる。
In addition, the event essential for control is only the dynamic temperature in the operating state of the NMOS transistors M1 and M2, and does not require any information regarding other events. Therefore, there is no restriction on the signal band related to the stability of the control, so there is no problem when dealing with a wide band of communication.
The heating element RH has a resistance element, is simple, and can easily control the amount of heat generation.
In the present embodiment, as described above, by applying the temperature sensor, the operating environment temperature of the NMOS transistors M1 and M2 to be controlled can be directly measured, so that the control error is small.
Therefore, it is possible to perform control in consideration of errors due to secondary factors such as charge mobility in the NMOS transistor. Therefore, the characteristic parameter difference between the NMOS transistors M1 and M2 due to the temperature difference between the NMOS transistors M1 and M2 can be reduced, and a predetermined output characteristic can be maintained over a wide temperature range.
一方、固定バイアス発生部130は、NMOSトランジスタM3のドレインと電源VDDとの間にバイアス電流源Ibiasが接続され、NMOSトランジスタM3のドレインとゲートとの間が短絡回路でダイオード接続され、更に、ゲートがゲートバイアス用のインダクタL3を介して電力増幅部110のNMOSトランジスタM1のゲートに接続されて構成されている。そして、NMOSトランジスタM3は、自らのドレイン電流をカレントミラー効果で、電力増幅部110のバイアス電流として供給する。
On the other hand, in the fixed
即ち、固定バイアス発生部130では、バイアス電流を分離するために、インダクタL3を使用し、バイアス電流源Ibiasからの固定バイアス電流Ibiasを、NMOSトランジスタM3によるカレントミラー効果を利用してインダクタL3を介してNMOSトランジスタM1のゲートに供給している。上述のような回路構成を採ることによって、RF入力信号が小さいときのバイアス電流を精度良く制御でき、電力増幅部110、従って増幅回路100、の効率を向上させることができる。更にまた、電力増幅部110のDCバイアス電流を、カレントミラー効果によって設定できるので、広い周波数範囲に渡って安定的に一定の仕様を満足する増幅回路100を実現することができる。
That is, in the fixed
(発熱体に関わる構成例)
次に、図2を参照して図1の実施の形態の要部である発熱体に関わる構成について説明する。
図2は、図1の増幅回路の要部である発熱体に関わる構成の一例を表す概念図である。
図2の例では、発熱体RH1は、平面状に形成された概略2次元の領域を占めるように形成された抵抗素子として、半導体装置のSi上に形成されている。この抵抗素子はNMOSトランジスタM2の近傍に配置される。より具体的な形態としては、周辺を囲むように配置することも考えられる。このように概略2次元の領域を占めるように形成されるものであるため、所定の抵抗値のものを比較的容易に製造することができる。
ここに適用される抵抗素子は、ポリシリコン、拡散層、ウエルの何れかの部位単体を個別に使用しても良く、その組み合わせを使用してもよい。このような抵抗素子は第2MOSトランジスタの製造工程で作り込むことができる。
(Configuration example related to heating element)
Next, with reference to FIG. 2, the structure regarding the heat generating body which is the principal part of embodiment of FIG. 1 is demonstrated.
FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating an example of a configuration related to a heating element that is a main part of the amplifier circuit of FIG.
In the example of FIG. 2, the heating element RH1 is formed on Si of the semiconductor device as a resistance element formed so as to occupy a substantially two-dimensional region formed in a planar shape. This resistance element is arranged in the vicinity of the NMOS transistor M2. As a more specific form, it is also possible to arrange so as to surround the periphery. Since it is formed so as to occupy a roughly two-dimensional region in this way, it can be manufactured with a predetermined resistance value relatively easily.
As the resistance element applied here, any one of polysilicon, diffusion layer, and well may be used individually, or a combination thereof may be used. Such a resistance element can be formed in the manufacturing process of the second MOS transistor.
図3は、図1の増幅回路の要部である発熱体に関わる構成の他の例を表す概念図である。
図3の例では、3次元の発熱体として、半導体装置のSi基盤内部の抵抗素子を発熱体として用いた例である。抵抗素子はDeep Trench Isolation(DTI、ディープトレンチ分離構造)用の素子を用いている。ここで、DTIは、SiのTrench(溝)の内側にSiO2膜が形成され、そのSiO2膜に覆われるようにして内部に抵抗体であるポリシリコンが充填されている。尚、発熱体として抵の抗素子は、SiO2のみで形成されるShallow Trench Isolation(STI、シャロウトレンチ分離構造)用の素子を用いても良い。DTIの抵抗素子を発熱体として用いた場合、電気特性や発熱効率の観点から、STIよりも好ましい。また、DTIやSTIなどのTrench Isolation用の素子は、NMOSトランジスタM2の深さ方向まで熱が伝わる為、温度制御における応答特性に優れ、NMOSトランジスタM1とのマッチングの観点から好ましい。
FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating another example of a configuration relating to a heating element that is a main part of the amplifier circuit of FIG. 1.
In the example of FIG. 3, a resistance element inside the Si substrate of the semiconductor device is used as a heating element as a three-dimensional heating element. As the resistance element, an element for Deep Trench Isolation (DTI, deep trench isolation structure) is used. Here, in the DTI, a SiO2 film is formed inside a Si trench (groove), and a polysilicon as a resistor is filled therein so as to be covered with the SiO2 film. As the resistance element as a heating element, an element for Shallow Trench Isolation (STI, Shallow Trench Isolation Structure) formed only of SiO 2 may be used. When a resistance element of DTI is used as a heating element, it is preferable to STI from the viewpoint of electrical characteristics and heat generation efficiency. In addition, Trench Isolation elements such as DTI and STI are preferable from the viewpoint of matching with the NMOS transistor M1 because they transmit heat to the depth direction of the NMOS transistor M2 and thus have excellent response characteristics in temperature control.
尚、抵抗体を発熱体として使う場合、抵抗体の温度係数による発熱量の変動を考慮すべき場合があるが、温度係数の正負が異なる抵抗体の組み合わせを使用することによって上記変動を緩和することができる。
代表的な抵抗体とその温度係数を次の表2に示す(出典 Didac Gomez, Milosz Sroka, and Jose Luis Gonzalez Jimenez "Process and Temperature Compensation for RF Low-Noise Amplifier and Mixers" IEEE CAS-1 Jun. 2010 pp1204-1211)。
When a resistor is used as a heating element, there are cases where the variation in the amount of heat generated due to the temperature coefficient of the resistor may be taken into account, but the above fluctuation is mitigated by using a combination of resistors having different positive and negative temperature coefficients. be able to.
Representative resistors and their temperature coefficients are shown in Table 2 below (Source: Didac Gomez, Milosz Sroka, and Jose Luis Gonzalez Jimenez "Process and Temperature Compensation for RF Low-Noise Amplifier and Mixers" IEEE CAS-1 Jun. 2010 pp1204-1211).
この表2に例示されているところから、温度係数を小さな値にすることが可能であることが了解される。 From the example illustrated in Table 2, it is understood that the temperature coefficient can be made small.
Claims (11)
前記電力増幅部は、ゲートに入力信号が供給され、ドレインに負荷抵抗が接続されると共に前記ドレインから出力信号を出力する第1MOSトランジスタを含んで構成され、
前記バイアス発生部は、一端に所定電圧が供給される第1抵抗素子と、ゲートが前記第1抵抗素子の他端に接続される第2MOSトランジスタと、一端が前記第2MOSトランジスタのゲートに接続され他端が前記第2MOSトランジスタのドレインに接続される第2抵抗素子とを含んで構成され、前記第2MOSトランジスタはゲート・ソース間電圧と閾値電圧との差分に応じて前記第1抵抗素子に流れる電流を制御する電流制御手段を成し、前記第2MOSトランジスタのソースから前記電力増幅部に前記バイアスを供給するように構成され、
前記第1MOSトランジスタの動作温度を測定する第1温度センサと、
前記第2MOSトランジスタの動作温度を測定する第2温度センサと、
前記第2MOSトランジスタの環境温度を調節するための熱を発する発熱体と、
前記第1温度センサの出力と前記第2温度センサ2の出力とを比較し、該比較結果に基づいて前記発熱体の発熱量を制御する電圧発生器と、
を備えることを特徴とする増幅回路。 An amplifier circuit configured to supply a bias from a bias generation unit to a power amplification unit,
The power amplifying unit includes a first MOS transistor that is supplied with an input signal at a gate, has a load resistor connected to a drain, and outputs an output signal from the drain;
The bias generator includes a first resistance element having one end supplied with a predetermined voltage, a second MOS transistor having a gate connected to the other end of the first resistance element, and one end connected to the gate of the second MOS transistor. And a second resistance element connected to the drain of the second MOS transistor. The second MOS transistor flows to the first resistance element in accordance with a difference between a gate-source voltage and a threshold voltage. Forming a current control means for controlling a current, configured to supply the bias from the source of the second MOS transistor to the power amplifier;
A first temperature sensor for measuring an operating temperature of the first MOS transistor;
A second temperature sensor for measuring an operating temperature of the second MOS transistor;
A heating element for generating heat for adjusting the environmental temperature of the second MOS transistor;
A voltage generator that compares the output of the first temperature sensor with the output of the second temperature sensor 2 and controls the amount of heat generated by the heating element based on the comparison result;
An amplifier circuit comprising:
前記第2温度センサによる検出温度が前記第1温度センサによる検出温度よりも低い場合、前記発熱体への電力供給を増やして、前記第2MOSトランジスタの温度を上げ、
前記第2温度センサによる検出温度が前記第1温度センサによる検出温度よりも高い場合、前記発熱体への電力供給を減らして、前記第2MOSトランジスタの温度を下げるように制御を行うことを特徴とする請求項1または2に記載の増幅回路。 The voltage generator is
When the temperature detected by the second temperature sensor is lower than the temperature detected by the first temperature sensor, the power supply to the heating element is increased to increase the temperature of the second MOS transistor,
When the temperature detected by the second temperature sensor is higher than the temperature detected by the first temperature sensor, control is performed to reduce the temperature of the second MOS transistor by reducing power supply to the heating element. The amplifier circuit according to claim 1 or 2.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010168157A JP5235025B2 (en) | 2010-07-27 | 2010-07-27 | Amplifier circuit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010168157A JP5235025B2 (en) | 2010-07-27 | 2010-07-27 | Amplifier circuit |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012029203A JP2012029203A (en) | 2012-02-09 |
JP5235025B2 true JP5235025B2 (en) | 2013-07-10 |
Family
ID=45781586
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010168157A Active JP5235025B2 (en) | 2010-07-27 | 2010-07-27 | Amplifier circuit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5235025B2 (en) |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3510194B2 (en) * | 2000-09-07 | 2004-03-22 | シャープ株式会社 | Power amplifier and wireless communication device |
JP3514720B2 (en) * | 2000-09-21 | 2004-03-31 | シャープ株式会社 | Power amplifier and wireless communication device |
JP2005030885A (en) * | 2003-07-11 | 2005-02-03 | Mitsui Mining & Smelting Co Ltd | Leakage detecting apparatus and leakage detecting system using same |
JP2010114793A (en) * | 2008-11-10 | 2010-05-20 | Japan Radio Co Ltd | Fet bias circuit |
-
2010
- 2010-07-27 JP JP2010168157A patent/JP5235025B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2012029203A (en) | 2012-02-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11029714B2 (en) | Flipped gate current reference and method of using | |
US7504874B2 (en) | Transistor arrangement with temperature compensation and method for temperature compensation | |
US7965129B1 (en) | Temperature compensated current reference circuit | |
JP5377676B2 (en) | High linearity digital variable gain amplifier | |
JP6204772B2 (en) | Cascode amplifier | |
Fayomi et al. | Sub 1 V CMOS bandgap reference design techniques: a survey | |
US20140159700A1 (en) | Bandgap reference voltage generator | |
US8446141B1 (en) | Bandgap curvature correction circuit for compensating temperature dependent bandgap reference signal | |
CN111384906B (en) | Power amplifying circuit | |
CN108874019B (en) | Current mirror device and related amplifying circuit | |
US10236844B2 (en) | Active inductor and amplifier circuit | |
JP6220212B2 (en) | Voltage regulator | |
JP2007019631A (en) | Fet bias circuit | |
TWI533596B (en) | An internally, resistively, sensed darlington amplifier | |
WO2014156036A1 (en) | Compensating circuit and compensating method | |
JP5235025B2 (en) | Amplifier circuit | |
JP7024703B2 (en) | Power amplifier circuit and electronic equipment | |
JP6270002B2 (en) | Pseudo resistance circuit and charge detection circuit | |
JPWO2018025324A1 (en) | Detection circuit | |
JP7171950B2 (en) | power amplifier | |
JP5437110B2 (en) | Automatic bias adjustment circuit for FET | |
US8217713B1 (en) | High precision current reference using offset PTAT correction | |
US7420420B2 (en) | FET bias circuit | |
JP5308407B2 (en) | Amplifier circuit | |
TWI776383B (en) | Voltage reference circuit and method for providing reference voltage |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120126 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20121129 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20121211 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20121227 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130319 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130322 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 5235025 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160405 Year of fee payment: 3 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |