JP6043599B2 - バイアス回路、および増幅装置 - Google Patents

バイアス回路、および増幅装置 Download PDF

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Description

本発明は、バイアス回路、および増幅装置に関する。
増幅装置(増幅器)におけるEVM(Error Vector Magnitude)特性などの歪特性を改善する方法として、AM/AM歪を小さくする方法が知られている。増幅装置における歪特性を改善する技術としては、例えば特許文献1に記載の技術が挙げられる。
特開2010−283556号公報
例えば特許文献1に記載の技術に係る増幅装置では、バイアス回路が、位相歪補償を調整する機能を有するインピーダンス要素と、振幅歪補償を調整する要素とを備える。よって、例えば特許文献1に記載の技術を用いる場合には、増幅装置における歪特性を改善することができる可能性はある。
しかしながら、例えば特許文献1に記載の技術に係るバイアス回路は、バイポーラトランジスタを含んで構成されているため、コストの増加を招く恐れがある。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、コストの低減を図りつつ、増幅装置における歪特性の改善を図ることが可能な、新規かつ改良されたバイアス回路、および増幅装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明のある観点によれば、電源電圧を出力する電源と電気的に接続され、複数の電界効果トランジスタを含んで構成されてミラー電流を出力するカレントミラー回路と、第1端子が上記電源に電気的に接続され、第2端子が抵抗に電気的に接続され、制御端子が上記カレントミラー回路と電気的に接続され、上記制御端子に印加される上記ミラー電流に応じた電圧に基づいて、出力されるバイアス電圧を制御する第1電界効果トランジスタと、第1端子が上記カレントミラー回路および上記第1電界効果トランジスタの制御端子と電気的に接続され、制御端子が上記抵抗を介して上記第1電界効果トランジスタの第2端子と電気的に接続される第2電界効果トランジスタと、を備えるバイアス回路が提供される。
かかる構成によって、コストの低減を図りつつ、増幅装置における歪特性の改善を図ることができる。
また、上記カレントミラー回路を構成する電界効果トランジスタと、上記第1電界効果トランジスタおよび上記第2電界効果トランジスタとは、導電型が異なってもよい。
また、上記カレントミラー回路を構成する電界効果トランジスタは、Pチャネル型のMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタであり、上記第1電界効果トランジスタおよび上記第2電界効果トランジスタは、Nチャネル型のMOSトランジスタであってもよい。
また、上記目的を達成するために、本発明の他の観点によれば、バイアス電圧を出力するバイアス回路と、入力信号と上記バイアス電圧とが制御端子に印加される増幅用トランジスタを含み、上記入力信号に対応する出力信号を出力する増幅回路と、を備え、上記バイアス回路は、電源電圧を出力する電源と電気的に接続され、複数の電界効果トランジスタを含んで構成されてミラー電流を出力するカレントミラー回路と、第1端子が上記電源に電気的に接続され、第2端子が抵抗に電気的に接続され、制御端子が上記カレントミラー回路と電気的に接続され、上記制御端子に印加される上記ミラー電流に応じた電圧に基づいて、出力される上記バイアス電圧を制御する第1電界効果トランジスタと、第1端子が上記カレントミラー回路および上記第1電界効果トランジスタの制御端子と電気的に接続され、制御端子が上記抵抗を介して上記第1電界効果トランジスタの第2端子と電気的に接続される第2電界効果トランジスタと、を備える増幅装置が提供される。
かかる構成によって、コストの低減を図りつつ、増幅装置における歪特性の改善を図ることができる。
また、上記増幅用トランジスタは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタであってもよい。
本発明によれば、コストの低減を図りつつ、増幅装置における歪特性の改善を図ることができる。
本発明の実施形態に係る増幅装置の構成の一例を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る増幅装置におけるAM/PM歪の改善方法の概要を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る増幅装置の構成の一例を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る増幅装置における歪特性の改善を説明するための説明図である。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
[1]本発明の実施形態に係る増幅装置の概要
図1は、本発明の実施形態に係る増幅装置100の構成の一例を示す説明図である。増幅装置100は、バイアス回路102と、増幅回路104とを備える。
バイアス回路102は、バイアス電圧を出力する。増幅回路104は、入力信号(入力電圧)とバイアス電圧とが制御端子に印加されるバイポーラトランジスタを含み、例えば入力信号が増幅された信号など入力信号に対応する出力信号(出力電力)を出力する。ここで、バイアス回路102から出力されるバイアス電圧は、増幅回路104において動作点を与える役目を果たす。
ここで、増幅回路104は、EVM特性などの歪特性を有する。バイアス回路102は、増幅回路104におけるAM/AM歪を改善すると共に、増幅回路104におけるAM/PMを改善することによって、増幅装置100における歪特性の改善を図る。
より具体的には、バイアス回路102は、定電圧のバイアス電圧を出力することによって、増幅回路104におけるAM/AM歪を改善する。つまり、バイアス回路102は、定電圧源としての役目を果たすことにより、増幅回路104におけるAM/AM歪を改善する。
また、バイアス回路102は、増幅回路104におけるAM/PM歪とは、逆の歪特性を有することによって、増幅回路104におけるAM/PM歪を改善する。
図2は、本発明の実施形態に係る増幅装置100におけるAM/PM歪の改善方法の概要を示す説明図である。図2に示すAは、バイアス回路102におけるAM/PM歪特性の一例を示しており、図2に示すBは、増幅回路104におけるAM/PM歪特性の一例を示している。また、図2に示すCは、増幅装置100(すなわち、バイアス回路102および増幅回路104)におけるAM/PM歪特性の一例を示している。
例えば図2のA、図2のBに示すように、本発明の実施形態に係る増幅装置100では、バイアス回路102と増幅回路104とが逆のAM/PM歪特性を有することによって、例えば図2のCに示すように増幅装置100におけるAM/PM歪特性を改善させる。
本発明の実施形態に係る増幅装置100は、例えば上記に示すように、(1)バイアス回路102が定電圧のバイアス電圧を出力することにより増幅回路104におけるAM/AM歪を改善すること、および(2)バイアス回路102が増幅回路104とは逆のAM/PM歪特性を有することにより、増幅回路104におけるAM/PMを改善すること、によって、増幅装置100における歪特性の改善を図る。
また、本発明の実施形態に係る増幅装置100では、バイアス回路102を電界効果トランジスタ(Field Effect Transistor)で構成する。バイアス回路102を電界効果トランジスタで構成することによって、(3)バイアス回路にバイポーラトランジスタを含む構成よりもよりコストの低減を図ることが可能となる。本発明の実施形態に係るバイアス回路102の構成の具体例については、後述する。
したがって、本発明の実施形態に係る増幅装置100は、コストの低減を図りつつ、増幅装置における歪特性の改善を図ることができる。
[2]本発明の実施形態に係る増幅装置100の構成
次に、本発明の実施形態に係る増幅装置100の構成について、具体的に説明する。図3は、本発明の実施形態に係る増幅装置100の構成の一例を示す説明図である。
[2−1]バイアス回路102の構成例
まず、バイアス回路102の構成の一例について説明する。
バイアス回路102は、例えば、カレントミラー回路110と、第1電界効果トランジスタM1と、第2電界効果トランジスタM2と、抵抗R1と、容量Cとを備える。ここで、図3に示されている抵抗R1は、例えば、抵抗素子であってもよいし、配線抵抗であってもよい。また、図3に示されている容量Cは、例えば、容量素子であってもよいし、寄生容量であってもよい。
また、図3では、バイアス回路102が電源電圧を出力する電源Pを備えている例を示している。なお、本発明の実施形態に係るバイアス回路102の構成は、電源Pを備える構成に限られない。例えば、本発明の実施形態に係るバイアス回路102は、電源Pを備えていなくてもよい。電源Pを備えていない場合、本発明の実施形態に係るバイアス回路102には、例えば、増幅装置100が備える電源、または、増幅装置100の外部の電源から供給される電源電圧が供給される。つまり、本発明の実施形態に係るバイアス回路102には、電気的に接続されている電源から電源電圧が供給される。以下では、図3に示す電源Pから電源電圧が供給される場合を例に挙げて、本発明の実施形態に係る増幅装置100の構成の一例について説明する。
カレントミラー回路110は、電源Pと電気的に接続され、複数の電界効果トランジスタを含んで構成されてミラー電流を出力する。
ここで、図3では、カレントミラー回路110が、電界効果トランジスタM3と電界効果トランジスタM4との2つの電界効果トランジスタを含んで構成される例を示している。また、図3では、電界効果トランジスタM3と電界効果トランジスタM4とが、P(Positive)チャネル型のMOSトランジスタである例を示している。また、図3において電界効果トランジスタM3に電気的に接続されて表されている抵抗R2は、例えば、抵抗素子であってもよいし、配線抵抗であってもよい。
電界効果トランジスタM3の第1の端子と電界効果トランジスタM4の第1の端子とは、電源Pと電気的に接続され、電界効果トランジスタM3の第1の端子と電界効果トランジスタM4の第1の端子とには電源電圧が印加される。また、電界効果トランジスタM3の制御端子と電界効果トランジスタM4の制御端子とは、電界効果トランジスタM3の第2端子と接続され、電界効果トランジスタM3の制御端子と電界効果トランジスタM4の制御端子とには、電界効果トランジスタM3の第1端子と第2端子との間に流れる電流に対応する電圧が印加される。そして、電界効果トランジスタM4の第2の端子からは、電界効果トランジスタM4の制御端子に印加される、電界効果トランジスタM3の第1端子と第2端子との間に流れる電流に対応する電圧に基づいて、電界効果トランジスタM3の第1端子と第2端子との間に流れる電流に対応するミラー電流が出力される。
ここで、電界効果トランジスタM4から出力されるミラー電流は、例えば、電界効果トランジスタM3のサイズ(例えば、ゲート長)と電界効果トランジスタM4のサイズ(例えば、ゲート長)との比率を調整することなどによって、制御することが可能である。より具体的には、例えば、電界効果トランジスタM3のゲート長と電界効果トランジスタM4のゲート長とを同一とすれば、ミラー電流は、電界効果トランジスタM3の第1端子と第2端子との間に流れる電流と同一の大きさとなる。また、例えば、電界効果トランジスタM3のゲート長と電界効果トランジスタM4のゲート長と変えることによって、ミラー電流を、電界効果トランジスタM3の第1端子と第2端子との間に流れる電流よりも大きくまたは小さくすることが可能である。
よって、カレントミラー回路110は、カレントミラー回路110の構成要素(例えば、電界効果トランジスタM3や、電界効果トランジスタM4、抵抗素子など)の設定によって、定電圧のバイアス電圧の出力に係る所望の大きさのミラー電流を出力することができる。
また、バイアス回路102では、カレントミラー回路110から出力されるミラー電流は、電界効果トランジスタM4の第2端子に電気的に接続されている第2電界効果トランジスタM2により制御される。
第1電界効果トランジスタM1は、第1端子が電源Pに電気的に接続され、第2端子が抵抗R1に電気的に接続され、制御端子がカレントミラー回路110と電気的に接続される。第1電界効果トランジスタM1は、制御端子に印加されるミラー電流に応じた電圧に基づいて、バイアス電圧を制御する。
より具体的には、第1電界効果トランジスタM1の第1端子と第2端子との間には、制御端子に印加されるミラー電流に応じた電圧に基づく電流が流れ、第2端子に電気的に接続されている抵抗R1に当該電流が流れることによって、抵抗R1の両端には、出力端Oから出力されるバイアス電圧に相当する電圧がかかる。第1電界効果トランジスタM1では、例えば上記のように、制御端子に印加されるミラー電流に応じた電圧に基づいて、第1端子と第2端子との間に当該電圧に対応する電流が流れることによって、出力端Oから出力されるバイアス電圧が制御される。
ここで、図3では、電界効果トランジスタM1が、N(Negative)チャネル型のMOSトランジスタである例を示している。つまり、図3に示す例では、電界効果トランジスタM1の導電型と、カレントミラー回路を構成する電界効果トランジスタの導電型とが異なっている。
第2電界効果トランジスタM2は、第1端子がカレントミラー回路110および第1電界効果トランジスタM1の制御端子と電気的に接続され、制御端子が抵抗R1を介して第1電界効果トランジスタM1の第2端子と電気的に接続される。第2電界効果トランジスタM2では、制御端子に印加されるバイアス電圧に相当する電圧に基づいて、第1端子と第2端子との間に流れる電流、すなわち、カレントミラー回路110から出力されるミラー電流が制御される。
ここで、図3では、電界効果トランジスタM2が、Nチャネル型のMOSトランジスタである例を示している。つまり、図3に示す例では、電界効果トランジスタM2の導電型と、カレントミラー回路を構成する電界効果トランジスタの導電型とが異なっている。
バイアス回路102は、例えば図3に示す構成を有する。
ここで、第2電界効果トランジスタM2では、上記のように、制御端子に印加されるバイアス電圧に相当する電圧に基づいて、第1端子と第2端子との間に流れる電流、すなわち、カレントミラー回路110から出力されるミラー電流が制御される。また、上記のように、第1電界効果トランジスタM1では、制御端子に印加されるミラー電流に応じた電圧に基づいて、出力端Oから出力されるバイアス電圧が制御される。
したがって、バイアス回路102は、図3に示す接続関係を有するカレントミラー回路110、第1電界効果トランジスタM1、および第2電界効果トランジスタM2を備えることによって、定電圧のバイアス電圧を安定的に出力することができる。よって、バイアス回路102は、増幅回路104におけるAM/AM歪を改善することができる。
また、バイアス回路102は、例えば図3に示す構成を有することによって、例えば図2に示すように、増幅回路104におけるAM/PM歪とは、逆の歪特性を有する。よって、バイアス回路102は、増幅回路104におけるAM/PM歪を改善することができる。図3に示す構成におけるバイアス回路102のAM/PM歪特性の具体例については、後述する図4に示す。
したがって、バイアス回路102は、増幅装置における歪特性の改善を図ることができる。また、例えば図3に示すように、バイアス回路102は電界効果トランジスタで構成されるので、バイアス回路102では、バイアス回路がバイポーラトランジスタを含んで構成される場合よりも、コストが低減される。
なお、本発明の実施形態に係るバイアス回路102の構成は、図3に示す構成に限られない。
例えば、図3では、カレントミラー回路110を構成する電界効果トランジスタM3、M4と、第1電界効果トランジスタM1および第2電界効果トランジスタM2とが、導電型が異なる電界効果トランジスタで構成される例を示しているが、例えばインバータ回路をさらに備えることなどによって、カレントミラー回路を構成する電界効果トランジスタ、第1電界効果トランジスタM1、および第2電界効果トランジスタM2は、導電型が同一の電界効果トランジスタで構成されてもよい。
また、例えば、図3では、カレントミラー回路110を構成する電界効果トランジスタM3、M4が、Pチャネル型のMOSトランジスタであり、第1電界効果トランジスタM1および第2電界効果トランジスタM2が、Nチャネル型のMOSトランジスタである例を示しているが、例えばインバータ回路をさらに備えることなどによって、カレントミラー回路110を構成する電界効果トランジスタM3、M4が、Nチャネル型のMOSトランジスタであり、第1電界効果トランジスタM1および第2電界効果トランジスタM2が、Pチャネル型のMOSトランジスタである構成をとることも可能である。
[2−2]増幅回路104の構成例
次に、増幅回路104の構成の一例について説明する。
増幅回路104は、入力信号とバイアス電圧とが制御端子に印加される増幅用トランジスタTrを含み、例えば入力信号が増幅された信号など入力信号に対応する出力信号を出力する。
ここで、図3では、増幅回路104として、増幅用トランジスタTrがバイポーラトランジスタで構成されるエミッタ接地増幅回路を示している。また、図3に示すエミッタ接地増幅回路を構成する抵抗R3は、抵抗素子であってもよいし、配線抵抗であってもよい。
増幅用トランジスタTrとしては、例えば、InGaP ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(Heterojunction Bipolar Transistor。以下「HBT」と示す場合がある。)やInP HBTなどの化合物系のHBTや、SiGe HBTなどのCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)系のHBT、SiGe HBTとBulk CMOSとの複合プロセスであるSiGeBiCMOSなど一般的に用いられているプロセスが用いられたHBTなどが挙げられる。なお、本発明の実施形態に係るバイポーラトランジスタは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタに限られず、例えば、他のNPN型のバイポーラトランジスタや、PNP型のバイポーラトランジスタであってもよい。
なお、本発明の実施形態に係る増幅回路104の構成は、図3に示す構成に限られない。例えば図3では、本発明の実施形態に係る増幅回路104が、増幅用トランジスタTrがバイポーラトランジスタで構成されるエミッタ接地増幅回路である例を示したが、増幅回路104は、増幅用トランジスタTrがMOS電界効果トランジスタで構成されるソース接地増幅回路であってもよい。
本発明の実施形態に係る増幅装置100は、例えば、図3に示すような構成のバイアス回路102および増幅回路104を備える。
[3]本発明の実施形態に係る増幅装置100が奏する効果
次に、本発明の実施形態に係る増幅装置100が奏する歪特性の改善などの効果について、より具体的に示す。
図4は、本発明の実施形態に係る増幅装置100における歪特性の改善を説明するための説明図である。図4に示すAは、図3に示す構成のバイアス回路102におけるAM/PM歪特性の一例を示しており、図4に示すBは、増幅回路104におけるM/PM歪特性の一例を示している。そして、図4に示すCは、増幅装置100から出力される出力電力(出力信号)の一例を示している。
ここで、図4に示すAでは、図3に示すバイアス回路102に含まれる第1電界効果トランジスタM1、第2電界効果トランジスタM2、電界効果トランジスタM3、および電界効果トランジスタM4が、略同一サイズの電界効果トランジスタである場合におけるAM/PM歪特性の一例を示している。また、図4に示すAでは、図3に示すバイアス回路102に示す抵抗R1が2000.31[Ohm]、抵抗R2が4702.08[Ohm]、容量Cが9.9995[pF]である場合におけるAM/PM歪特性の一例を示している。なお、本発明の実施形態に係るバイアス回路102を構成する電界効果トランジスタ、抵抗、容量が、上記に示す例に限られないことは、言うまでもない。
例えば図4のCに示すように、増幅装置100では、安定した出力電力(出力信号)が得られている。よって、増幅装置100では、バイアス回路102が定電圧源として増幅回路104にバイアス電圧(定電圧)を供給することによって、増幅回路104におけるAM/AM歪の改善が図られる。
また、図4のA、図4のBに示すように、バイアス回路102と増幅回路104とは、逆のAM/PM歪特性を有する。よって、例えば図2のCに示すように、バイアス回路102と増幅回路104とが逆のAM/PM歪特性を有することによって、増幅装置100では、AM/PM歪の改善が図られる。
さらに、例えば図3に示すように、本発明の実施形態に係るバイアス回路102は、電界効果トランジスタで構成されている(図3に示す例では、バイアス回路102が、Pチャネル型のMOSトランジスタとNチャネル型のMOSトランジスタとで構成されている)。したがって、バイアス回路102では、バイアス回路がバイポーラトランジスタを含んで構成される場合よりも、コストが低減される。
したがって、本発明の実施形態に係るバイアス回路102は、コストの低減を図りつつ、増幅装置における歪特性の改善を図ることができる。また、本発明の実施形態に係るバイアス回路102を備える本発明の実施形態に係る増幅装置100では、同様に、コストの低減と歪特性の改善とが図られる。
以上、本発明の実施形態として増幅装置を挙げて説明したが、本発明の実施形態は、かかる形態に限られない。本発明の実施形態は、例えば、携帯電話やスマートフォンなどの通信装置や、PC(Personal Computer)やサーバなどのコンピュータ、テレビ受像機などの表示装置、映像/音楽再生装置(または映像/音楽記録再生装置)、ゲーム機など、高周波信号を処理することが可能な様々な機器に適用することができる。また、本発明の実施形態は、例えば、上記のような機器に組み込むことが可能な、増幅モジュール(または、増幅IC(Integrated Circuit))に適用することもできる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、図1、図3では、本発明の実施形態に係るバイアス回路102と増幅回路104とを備える増幅装置100を示したが、本発明の実施形態に係るバイアス回路102と、増幅回路104とは、別体のデバイスであってもよい。本発明の実施形態に係るバイアス回路と、増幅回路とが別体のデバイスであっても、本発明の実施形態に係るバイアス回路から出力されるバイアス電圧が、別体の増幅回路に供給されることによって、コストの低減を図りつつ、歪特性の改善を図ることが可能な増幅システムが実現される。
100、200 増幅装置
102 バイアス回路
104 増幅回路
110 カレントミラー回路
M1 第1電界効果トランジスタ
M2 第2電界効果トランジスタ
M3、M4 電界効果トランジスタ
Tr 増幅用トランジスタ

Claims (3)

  1. バイアス電圧を出力するバイアス回路と、
    入力信号と前記バイアス電圧とが制御端子に印加される増幅用トランジスタを含み、前記入力信号に対応する出力信号を出力する増幅回路と、
    を備え、
    前記バイアス回路は、
    電源電圧を出力する電源と電気的に接続され、複数の電界効果トランジスタを含んで構成されてミラー電流を出力するカレントミラー回路と、
    第1端子が前記電源に電気的に接続され、第2端子が抵抗に電気的に接続され、制御端子が前記カレントミラー回路と電気的に接続され、前記制御端子に印加される前記ミラー電流に応じた電圧に基づいて、出力される前記バイアス電圧を制御する第1電界効果トランジスタと、
    第1端子が前記カレントミラー回路および前記第1電界効果トランジスタの制御端子と電気的に接続され、制御端子が前記抵抗を介して前記第1電界効果トランジスタの第2端子と電気的に接続される第2電界効果トランジスタと、
    を備え、
    前記増幅用トランジスタは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタであることを特徴とする、増幅装置。
  2. 前記カレントミラー回路を構成する電界効果トランジスタと、前記第1電界効果トランジスタおよび前記第2電界効果トランジスタとは、導電型が異なることを特徴とする、請求項1に記載の増幅装置。
  3. 前記カレントミラー回路を構成する電界効果トランジスタは、Pチャネル型のMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタであり、
    前記第1電界効果トランジスタおよび前記第2電界効果トランジスタは、Nチャネル型のMOSトランジスタであることを特徴とする、請求項2に記載の増幅装置。
JP2012251165A 2012-11-15 2012-11-15 バイアス回路、および増幅装置 Active JP6043599B2 (ja)

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