JP5778240B2 - バイアス電流モニタおよびアンプのための制御機構 - Google Patents
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Description
本開示は、一般的に、エレクトロニクス、より詳細には、アンプのためのバイアス回路に関する。
アンプは、信号増幅を提供するために様々な電子デバイスで一般的に使用される。異なるタイプのアンプは、異なる用途に利用可能である。例えば、セルラー電話のようなワイヤレス通信デバイスは、双方向通信のためのトランスミッタおよびレシーバを含むことができる。トランスミッタは、ドライバアンプ(DA)およびパワーアンプ(PA)を含むとしてもよく、レシーバは、低ノイズアンプ(LNA)を含むとしてもよく、トランスミッタとレシーバとは、可変ゲインアンプ(VGA)を含むとしてもよい。
Ibias=K*Ics 式(1)
ここで、Kは、NMOSトランジスタ222のサイズに対するNMOSトランジスタ212のサイズの比率である。Ibias電流の少しだけがバイアス回路220に使用されるように、Kは1より大きとしてもよく、これにより電力消費を削減できる。
Vind=Rind*Ibias 式(2)
ここで、Rindはインダクタ214の抵抗値であり、Vindはインダクタ214の両端の電圧である。
アンプ、感知回路、およびバイアス回路を含むとしてもよい。アンプは、積み重ねで連結された第1および第2のトランジスタを含むとしてもよい。第1のトランジスタ(例えばNMOSトランジスタ412)は、積み重ねにおける下側のトランジスタとしてもよく、回路グラウンドに連結されてもよい。第2のトランジスタ(例えばNMOSトランジスタ414)は、積み重ねにおける上側のトランジスタとしてもよい。感知回路(例えばop−amp452)は、第2のトランジスタに連結されてもよく、第2のトランジスタのVgs電圧を測定してもよい。バイアス回路は、第1および第2のトランジスタのうちの少なくとも一つのトランジスタに連結されてもよい。バイアス回路は、第1および第2のトランジスタのためのターゲットのバイアス電流を得るために、第2のトランジスタの測定されたVgs電圧に基づいて、少なくとも一つのトランジスタに対する少なくとも一つのバイアス電圧を生成するとしてもよい。装置は、さらに、例えば図4に示されるように、ADCとプロセッサとを備えるとしてもよい。ADCは、測定されたVgs電圧をデジタル化し、デジタル化された電圧を提供する。プロセッサは、デジタル化された電圧に基づいて、バイアス回路に対する制御を生成してもよい。典型的な設計において、プロセッサは、ターゲットのバイアス電流に対応するターゲットのVgs電圧を決定するとしてもよく、測定されたVgs電圧およびターゲットのVgs電圧に基づいて、バイアス回路に対する制御を生成してもよい。他の典型的な設計において、ルックアップテーブルは、第2のトランジスタ用にバイアス電流対Vgs電圧を格納してもよい。プロセッサは、ルックアップテーブルから測定されたVgs電圧に対する測定されたバイアス電流を求めてもよく、測定されたバイアス電流とターゲットのバイアス電流とに基づいて、バイアス回路のための制御を生成する。
[1] 第1のトランジスタを具備するアンプと、 前記アンプの前記第1のトランジスタと連結される第2のトランジスタを具備するバイアス回路とを具備し、 前記第1および第2のトランジスタはカレントミラーを形成し、前記バイアス回路は、前記第1のトランジスタに対するターゲットバイアス電流を得るために、前記第1および第2のトランジスタに対するバイアス電圧を生成する、装置。
[2] 前記バイアス回路は、前記第2のトランジスタと連結される電流源をさらに具備し、前記バイアス回路は、前記電流源からのターゲット電流を得るために前記バイアス電圧を生成し、前記電流源からの前記ターゲット電流は、前記第1のトランジスタに対する前記ターゲットバイアス電流に基づいて決定される、[1]の装置。
[3] 前記アンプは、パワーアンプであり、前記第1のトランジスタは、Nチャネル金属酸化膜半導体(NMOS)トランジスタである、[1]の装置。
[4] インダクタと連結されるトランジスタを具備するアンプと、 前記インダクタと連結され、前記インダクタを渡る電圧を測定する感知回路と、 前記トランジスタと連結され、前記トランジスタに対するターゲットバイアス電流を得るために、前記インダクタを渡る測定された電圧に基づいて、前記トランジスタに対するバイアス電圧を生成するバイアス回路とを具備する装置。
[5] 前記測定された電圧をデジタル化し、デジタル化された電圧を提供するアナログ−デジタル変換器(ADC)と、 前記デジタル化された電圧を受け、前記デジタル化された電圧に基づいて前記バイアス回路に対する制御を生成するプロセッサとをさらに具備する、[4]の装置。
[6] 前記プロセッサは、前記デジタル化された電圧と前記インダクタに対する抵抗値とに基づいて、前記トランジスタに対する測定されたバイアス電流を決定し、前記測定されたバイアス電流と前記ターゲットバイアス電流とに基づいて、前記バイアス回路に対する前記制御を生成する、[5]の装置。
[7] 前記インダクタに対する前記抵抗値は、前記インダクタを通る既知の電流を適用することと、前記インダクタを渡る前記電圧を測定することとによって決定される、[6]の装置。
[8] 前記インダクタに対する前記抵抗値は、前記アンプによって観測される集積回路(IC)の状態に基づいて決定される、[6]の装置。
[9] 積み重ねて連結された第1および第2のトランジスタを具備するアンプと、 前記アンプの前記第2のトランジスタと連結され、前記第2のトランジスタのゲート−ソース間電圧Vgsを測定する感知回路と、 前記第1および第2のトランジスタのうちの少なくとも一つのトランジスタと連結され、前記第2のトランジスタの前記測定されたVgs電圧に基づいて前記少なくとも一つのトランジスタに対する少なくとも一つのバイアス電圧を生成し、前記第1および第2のトランジスタに対するターゲットバイアス電流を得るバイアス回路とを具備する装置。
[10] 前記第1のトランジスタは、前記積み重ねの下側のトランジスタであり、回路グラウンドと連結され、前記第2のトランジスタは、前記積み重ねの上側のトランジスタである、[9]の装置。
[11] 前記測定されたVgs電圧をデジタル化し、デジタル化された電圧を提供するアナログ−デジタル変換器(ADC)と、 前記デジタル化された電圧を受け、前記デジタル化された電圧に基づいて前記バイアス回路に対する制御を生成するプロセッサとをさらに具備する、[9]の装置。
[12] 前記プロセッサは、前記ターゲットバイアス電流に対応するターゲットVgs電圧を決定し、前記測定されたVgs電圧および前記ターゲットVgs電圧に基づいて、前記バイアス回路に対する前記制御を生成する、[11]の装置。
[13] バイアス電流対前記第2のトランジスタに対するVgs電圧を記憶するルックアップテーブルをさらに具備し、前記プロセッサは、前記ルックアップテーブルから前記測定されたVgs電圧に対する測定されたバイアス電流を求め、前記測定されたバイアス電流と前記ターゲットバイアス電流とに基づいて前記バイアス回路に対する前記制御を生成する、[11]の装置。
[14] 積み重ねて連結された第3および第4のトランジスタを具備し、前記アンプの前記第1および第2のトランジスタを模倣するレプリカ回路と、
前記レプリカ回路の前記第4のトランジスタと連結され、前記第4のトランジスタのVgsを測定する第2の感知回路とをさらに具備し、 前記バイアス回路は、前記第2のトランジスタの前記測定されたVgs電圧と前記第4のトランジスタの前記測定されたVgs電圧とに基づいて、前記アンプの前記少なくとも一つのトランジスタに対する前記少なくとも一つのバイアス電圧を生成する、[9]の装置。
[15] 前記第1および第3のトランジスタは、第1のバイアス電圧を受け、前記第2および第4のトランジスタは、第2のバイアス電圧を受ける、[14]の装置。
[16] 前記第2のトランジスタの前記測定されたVgs電圧をデジタル化し、第1のデジタル化された電圧を提供し、前記第4のトランジスタの前記測定されたVgs電圧をデジタル化し、第2のデジタル化された電圧を提供するアナログ−デジタル変換器(ADC)と、 前記第1のおよび第2のデジタル化電圧を受け、前記第1および第2のデジタル化された電圧に基づいて前記バイアス回路に対する制御を生成するプロセッサとをさらに具備する、[15]の装置。
[17] 前記プロセッサは、名目の値を持つ前記第1および第2のバイアス電圧を用いて前記第4のトランジスタの前記測定されたVgs電圧に対する前記第2のデジタル化された電圧を求め、前記第2のトランジスタの前記測定されたVgs電圧と前記第4のトランジスタの前記測定されたVgs電圧とを整合させるために、前記バイアス回路に対する前記制御を生成する、[16]の装置。
[18] 少なくとも一つのトランジスタを具備するアンプと、 前記アンプの前記少なくとも一つのトランジスタを模倣する少なくとも一つのトランジスタを具備するレプリカ回路と、 前記アンプおよび前記レプリカ回路と連結され、前記アンプの第1の電圧を感知し、前記レプリカ回路の第2の電圧を感知し、前記第1および第2の電圧に基づいて前記アンプに対するバイアス電圧を生成するフィードバック回路とを具備する装置。
[19] 前記フィードバック回路は、 前記第1の電圧を受けおよびフィルタし、第3の電圧を提供するフィルタと、 前記第2および第3の電圧を受け、前記第1のトランジスタのゲートに対する前記バイアス電圧を生成する感知回路を具備する、[18]の装置。
[20] 前記アンプは、積み重ねて連結された第1および第2のトランジスタを具備し、前記レプリカ回路は、積み重ねて連結された第3および第4のトランジスタを具備し、前記第1の電圧は、前記第1のトランジスタのトレイン電圧であり、前記第2の電圧は、前記第3のトランジスタのドレイン電圧であり、前記バイアス電圧は、前記第1のトランジスタのゲートに印加される、[18]の装置。
[21] 前記第2および第4のトランジスタは、第2のバイアス電圧を受け、前記第3のトランジスタは、第3のバイアス電圧を受け、前記第2および第3のバイアス電圧は、前記レプリカ回路の前記第3および第4のトランジスタに対するターゲットバイアス電流を提供する、[20]の装置。
[22] 入力信号を増幅し、出力信号を提供するアンプと、 前記アンプと連結され、第1の供給電圧を受け、前記アンプに第2の供給電圧を提供するスイッチモード電源(SMPS)と、 前記アンプと連結され、前記アンプに対するターゲットバイアス電流を得るために、前記アンプに対するバイアス電圧を生成するバイアス回路とを具備する装置。
[23] 前記バイアス回路は、無効化された前記SMPSを用いて、前記アンプに対する測定されたバイアス電流に基づいて決定された制御を受け、前記制御に基づいて、前記アンプに対する前記バイアス電圧を生成する、[22]の装置。
[24] 前記アンプに作用するように連結され、前記SMPSが無効化されている場合に、前記アンプに対するバイアス電流を提供する抵抗と、 前記抵抗に連結され、前記抵抗を渡る電圧を測定する感知回路とをさらに具備し、 前記バイアス回路は、前記抵抗を渡る前記測定された電圧に基づいて決定された制御を受け、前記制御に基づいて前記アンプに対する前記バイアス電圧を生成する、[22]の装置。
[25] 前記抵抗を渡る前記測定された電圧をデジタル化し、デジタル化された電圧を提供するアナログ−デジタル変換器(ADC)と、 前記デジタル化された電圧を受け、前記デジタル化された電圧に基づいて前記バイアス回路に対する前記制御を生成するプロセッサとをさらに具備する、[24]の装置。
[26] 前記プロセッサは、前記デジタル化された電圧および前記抵抗の既知の値に基づいて前記アンプに対する測定されたバイアス電流を決定し、前記測定されたバイアス電流および前記ターゲットバイアス電流とに基づいて前記バイアス回路に対する前記制御を生成する、[25]の装置。
[27] 前記アンプは第1のトランジスタを具備し、 前記装置は、 少なくとも一つのスイッチを経由して、前記アンプの前記第1のトランジスタと連結される第2のトランジスタと、 前記第2のトランジスタと連結され、前記第2のトランジスタを通過する電流を測定する感知回路とをさらに具備し、前記第1および第2のトランジスタは、前記少なくとも一つのスイッチが閉じられた場合に、カレントミラーを形成し、 前記バイアス回路は、前記第2のトランジスタを通過する前記測定された電流および前記アンプに対する前記ターゲットバイアス電流に基づいて決定された制御を受ける、[22]の装置。
[28] 前記第2のトランジスタを通過する前記測定された電流を示す前記感知回路からの感知された電圧をデジタル化するアナログ−デジタル変換器(ADC)と、 前記ADCからの前記デジタル化された電圧を受け、前記デジタル化された電圧に基づいて前記バイアス回路に対する前記制御を生成するプロセッサとをさらに具備する、[27]の装置。
[29] 前記プロセッサは、前記デジタル化された電圧に基づいて前記アンプに対する測定されたバイアス電流を決定し、前記測定されたバイアス電流および前記ターゲットバイアス電流に基づいて前記バイアス回路に対する前記制御を生成する、[28]の装置。
[30] バイアス電流を調節する方法において、 アンプの少なくとも一つのトランジスタと連結されるインダクタを渡る電圧、または、前記アンプの前記少なくとも一つのトランジスタのうちの一つを用いて形成されるカレントミラーによる電流、または、前記アンプの前記少なくとも一つのトランジスタのうちの一つのゲート−ソース電圧Vgs、または、前記アンプを模倣するレプリカ回路における電圧、または、無効化されたスイッチモード電源(SMPS)を用いて前記アンプに適用される電流、の測定を得ることと、 前記アンプに対するターゲットバイアス電流を得るために、前記測定に基づいて、前記アンプにおける前記少なくとも一つのトランジスタに対する少なくとも一つのバイアス電圧を生成することとを具備する方法。
[31] 前記少なくとも一つのバイアス電圧を生成することは、 前記アンプにおける前記少なくとも一つのトランジスタのうちの一つを用いて形成される前記カレントミラーによる前記電流に基づいて、前記アンプに対する測定されたバイアス電流を決定することと、 前記測定されたバイアス電流および前記アンプに対する前記ターゲットバイアス電流に基づいて、前記少なくとも一つのバイアス電圧を生成することとを具備する、[30]の方法。
[32] 前記少なくとも一つのバイアス電圧を生成することは、 デジタル化された電圧を得るために、前記インダクタを渡る電圧をデジタル化することと、 前記デジタル化された電圧および前記インダクタに対する抵抗値に基づいて、前記アンプに対する測定されたデジタル電流を決定することと、 前記測定されたバイアス電流および前記アンプに対する前記ターゲットバイアス電流に基づいて、前記少なくとも一つのバイアス電圧を生成することと
を具備する、[30]の方法。
[33] 前記少なくとも一つのバイアス電圧を生成することは、 前記アンプにおける前記少なくとも一つのトランジスタのうちの一つのVgs電圧に基
づいて、前記アンプに対する測定されたバイアス電流を決定することと、 前記測定されたバイアス電流および前記アンプに対する前記ターゲットバイアス電流に基づいて、前記少なくとも一つのバイアス電圧を生成することと
を具備する、[30]の方法。
[34] 前記少なくとも一つのバイアス電圧を生成することは、 前記アンプにおける前記少なくとも一つのトランジスタのうちの一つの前記Vgs電圧
およびターゲットVgs電圧に基づいて、前記少なくとも一つのバイアス電圧を生成する、[30]の方法。
[35] 前記少なくとも一つのバイアス電圧を生成することは、 前記レプリカ回路における少なくとも一つのトランジスタのうちの一つのVgs電圧の
第2の測定を得ることと、 前記アンプに対する前記ターゲットバイアス電流を得るために、さらに前記第2の測定に基づいて、前記アンプにおける前記少なくとも一つのトランジスタに対する前記少なくとも一つのバイアス電圧を生成することとを具備する、[30]の方法。
[36] 前記少なくとも一つのバイアス電圧を生成することは、 前記アンプにおける電圧を感知することと、 フィードバックループを使用して、前記レプリカ回路における前記電圧および前記アンプにおける前記電圧に基づいて、前記アンプに対するバイアス電圧を生成することとを具備する、[30]の方法。
[37] 前記測定を得ることは、 無効化されたSMPSを用いて前記アンプと連結されるレジスタを渡る電圧を測定することと、 前記測定された電圧に基づいて、前記アンプに適用される前記電流を決定することとを具備する、[30]の方法。
[38] 前記測定を得ることは、 前記アンプにおける前記少なくとも一つのトランジスタのうちの一つを用いて形成されるカレントミラーによる電流を測定することと、 前記カレントミラーによる前記測定された電流に基づいて前記アンプに適用される前記電流を決定することと
を具備する、[30]の方法。
[39] バイアス調節のための装置において、 アンプの少なくとも一つのトランジスタと連結されるインダクタを渡る電圧、または、前記アンプの前記少なくとも一つのトランジスタのうちの一つを用いて形成されるカレントミラーによる電流、または、前記アンプの前記少なくとも一つのトランジスタのうちの一つのゲート−ソース電圧Vgs、または、前記アンプを模倣するレプリカ回路における電圧、または、無効化されたスイッチモード電源(SMPS)を用いて前記アンプに適用される電流、の測定を得るための手段と、 前記アンプに対するターゲットバイアス電流を得るために、前記測定に基づいて、前記アンプにおける前記少なくとも一つのトランジスタに対する少なくとも一つのバイアス電圧を生成するための手段とを具備する、装置。
Claims (4)
- インダクタおよび出力のそれぞれと連結されるドレインと入力信号を受けるように構成されたゲートとを備えるトランジスタを具備するアンプ、ここにおいて、前記インダクタは電源に接続された一端と前記トランジスタの前記ドレインに接続された他端を有し、バイアス電流は、前記インダクタと前記トランジスタを介して流れる、と、
前記インダクタと連結され、バイアス電流が前記インダクタを介して流れるときに前記インダクタの寄生抵抗によって現れる電圧降下を測定する感知回路と、
前記トランジスタと連結され、前記トランジスタに対するターゲットバイアス電流を得るために、前記インダクタを渡る測定された電圧降下に基づいて、前記トランジスタに対する調節可能バイアス電圧を生成するバイアス回路と
を具備する装置。 - 前記測定された電圧降下をデジタル化し、デジタル化された電圧を提供するアナログ−デジタル変換器(ADC)と、
前記デジタル化された電圧を受け、前記デジタル化された電圧に基づいて前記バイアス回路に対する制御を生成するプロセッサと
をさらに具備する、請求項1の装置。 - 前記プロセッサは、前記デジタル化された電圧降下と前記インダクタの前記寄生抵抗の抵抗値とに基づいて、前記トランジスタに対する測定されたバイアス電流を決定し、前記測定されたバイアス電流と前記ターゲットバイアス電流とに基づいて、前記バイアス回路に対する前記制御を生成する、請求項2の装置。
- 前記インダクタの前記寄生抵抗の前記抵抗値は、前記インダクタを通る既知の電流を適用することと、前記インダクタを渡る前記電圧を測定することとによって決定される、請求項3の装置。
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