JP7325956B2 - RF power amplifier - Google Patents
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Description
本発明は、高周波電力増幅器に関する。 The present invention relates to high frequency power amplifiers.
特許文献１は、通常の電圧条件での特性劣化を伴なわずに、過電源電圧時の出力負荷変動に起因する電力増幅用トランジスタの破壊を防ぐ保護回路を有する電力増幅器を提案している。
また、特許文献２は、入力信号レベルの増加等で電界効果トランジスタで構成した電力増幅器のドレイン電流が増大し、破壊に達するのを未然に保護する保護回路を提案している。 Further, Patent Document 2 proposes a protection circuit for protecting a power amplifier, which is composed of a field effect transistor, from being destroyed due to an increase in drain current due to an increase in input signal level or the like.
スマートフォン等の無線通信機器において、アンテナから固定局までに送信するために必要となる高周波電力増幅器が搭載されている。 Wireless communication devices such as smartphones are equipped with high-frequency power amplifiers that are required for transmission from antennas to fixed stations.
高周波電力増幅器は、スマートフォンのアンテナの近くに搭載されており、金属などの遮蔽物が近づくことにより、破壊が起こることがある。高周波電力増幅器の出力端子に取り付けられているアンテナに遮蔽物が近づくと、高周波電力増幅器の出力端子のインピーダンスは大きく変動する。この変動により、高周波電力増幅器の性能が劣化すると同時に、高周波電力増幅器のトランジスタが異常発振することにより、出力された信号がアンテナで反射され、出力振幅が大きくなり、破壊に至る場合がある。これを回避するために、遮蔽物の影響を受けにくい、電気的には一方向しか信号を通過させない、アイソレータを使用する方法がある。しかし、１ｄＢ程度の損失を持っているため、高周波電力増幅器の出力を上げる必要があり、また、アイソレータは磁石などで構成されており、小型化、軽量化が難しくなる。 The high-frequency power amplifier is mounted near the antenna of the smartphone, and it may be destroyed when a shield such as metal comes close. When a shield approaches the antenna attached to the output terminal of the high frequency power amplifier, the impedance of the output terminal of the high frequency power amplifier fluctuates greatly. This variation degrades the performance of the high-frequency power amplifier and causes the transistor of the high-frequency power amplifier to oscillate abnormally, causing the output signal to be reflected by the antenna, increasing the output amplitude and possibly destroying the amplifier. In order to avoid this, there is a method of using an isolator that is less susceptible to shielding and that electrically passes signals in only one direction. However, since it has a loss of about 1 dB, it is necessary to increase the output of the high-frequency power amplifier, and the isolator is composed of a magnet or the like, making it difficult to reduce the size and weight.
また、近年、５Ｇサービスに向けてマルチバンド化が進み、スマートフォン等の無線通信機器の搭載部品が増加することが予測され、安全に使用できる信頼性に加えて、低コスト、軽量化、高速大容量通信を可能とする無線通信機器が求められている。このため、高周波電力増幅器は、さまざまな使用状況においても破壊されにくい保護回路を搭載するだけでなく、高出力化、また幅広い電源電圧範囲で動作することが要求されている。 In addition, in recent years, multibandization has progressed toward 5G services, and it is expected that the number of components mounted on wireless communication devices such as smartphones will increase. There is a need for wireless communication devices that enable capacitive communication. For this reason, high-frequency power amplifiers are required not only to be equipped with protection circuits that are resistant to destruction under various conditions of use, but also to have high outputs and to operate over a wide power supply voltage range.
しかしながら、特許文献１において、保護回路が動作し、最終段トランジスタの破壊を防止するための検出電圧は、電源電圧に依存する。特許文献１の高周波電力増幅器において（Ａ）上限動作電源電圧での出力信号の波形、および、（Ｂ）下限動作電源電圧での出力信号の波形は、例えば図１４のようになると考えられる。下限動作電源電圧のとき、上限動作電源電圧のときと比較して、検出電圧が低下するため、最終段トランジスタの出力である電圧は制限されてしまう。このため、下限動作電源電圧のとき、高周波電力増幅器は、高出力化を実現することができないという問題がある。
However, in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-100003, the detection voltage for operating the protection circuit and preventing the breakdown of the final-stage transistor depends on the power supply voltage. In the high-frequency power amplifier of
また、特許文献２の高周波電力増幅器において（Ａ）動作範囲の下限温度での出力信号の波形、および、（Ｂ）動作範囲の上限温度での出力信号の波形は、例えば図１５のようになると考えられる。特許文献２において、動作範囲の上限温度のとき、高周波電力増幅器の出力振幅電圧は、下限温度のときと比較して、小さくなる。このため、動作範囲の上限温度のとき、高周波電力増幅器の出力電圧が破壊電圧に達しなくても、保護がかかり、電源電圧範囲を拡大することができないという問題がある。 Further, in the high-frequency power amplifier of Patent Document 2, (A) the waveform of the output signal at the lower limit temperature of the operating range and (B) the waveform of the output signal at the upper limit temperature of the operating range are as shown in FIG. Conceivable. In Patent Document 2, at the upper limit temperature of the operating range, the output amplitude voltage of the high frequency power amplifier is smaller than at the lower limit temperature. Therefore, even if the output voltage of the high-frequency power amplifier does not reach the breakdown voltage at the upper limit temperature of the operating range, protection is applied and the power supply voltage range cannot be expanded.
本発明は、上記の課題を解決するためのもので、高出力化と、電源電圧範囲を拡大することを可能にし、保護機能を有する、高周波電力増幅器を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a high-frequency power amplifier capable of increasing the power output, expanding the power supply voltage range, and having a protection function.
上記課題を解決するため本発明の一態様に係る高周波電力増幅器は、入力信号が入力される入力端子と、トランジスタにより増幅された信号を出力する出力端子と、前記入力端子に接続された第１電極を、少なくとも有する前記トランジスタと、リファレンス電圧源に接続され、増幅された前記信号の状態を判定するためのコンパレータと、前記第１電極に接続され、前記コンパレータの出力により可変されるバイアスを前記第１電極にかけるバイアス回路と、増幅された前記信号の振幅を示す検波電圧を出力する検波回路と、前記検波電圧を伝達する出力線に接続された第１の抵抗と、前記第１の抵抗とグランドとの間に接続された第２の抵抗と、前記高周波電力増幅器の電源電圧を検出し、前記電源電圧に応じた電流を、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との接続点から入力する電源検出回路と、を備え、前記コンパレータは、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との前記接続点に接続される。 In order to solve the above problems, a high-frequency power amplifier according to one aspect of the present invention includes an input terminal to which an input signal is input, an output terminal to output a signal amplified by a transistor, and a first power amplifier connected to the input terminal. a comparator connected to a reference voltage source for determining the state of the amplified signal; and a bias connected to the first electrode and variable by the output of the comparator. a bias circuit applied to a first electrode, a detection circuit outputting a detection voltage indicating the amplitude of the amplified signal, a first resistor connected to an output line transmitting the detection voltage, and the first resistor. a second resistor connected between and ground, and a power supply voltage of the high-frequency power amplifier, and a current corresponding to the power supply voltage is detected by a connection point between the first resistor and the second resistor. and a power detection circuit that receives input from the comparator, wherein the comparator is connected to the connection point between the first resistor and the second resistor.
本発明によれば、高出力化を可能にし、保護機能を有する、高周波電力増幅器が構成できる。また、本発明の他方の形態では、電源電圧範囲を拡大することを可能にし、保護機能を有する、高周波電力増幅器が構成できる。 According to the present invention, it is possible to configure a high-frequency power amplifier that enables high output and has a protection function. Also, in another aspect of the present invention, a high frequency power amplifier can be configured that enables an expansion of the power supply voltage range and has a protection function.
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
（実施の形態１）
〔構成〕
図１Ａに本発明の実施の形態を説明するための高周波電力増幅器の構成を示す。
同図の高周波電力増幅器は、入力端子１０１、トランジスタ１０２、出力端子１０３、負荷インピーダンス素子１０４、検波回路１０５、電源検出回路１０６、抵抗１０７、抵抗１０８、リファレンス電圧源１０９、コンパレータ１１０、およびバイアス回路１１１を備える。
(Embodiment 1)
〔composition〕
FIG. 1A shows the configuration of a high frequency power amplifier for explaining an embodiment of the present invention.
The high-frequency power amplifier shown in FIG. 111.
この高周波電力増幅器においては第１～第３電極を有するトランジスタ１０２が用いられる。この「トランジスタ１０２」として、電界効果トランジスタとバイポーラトランジスタとのいずれを用いても良い。上記の第１電極は、ゲートまたはベースに相当する。第２電極は、ソースおよびドレインの一方、または、エミッタおよびコレクタの一方に相当する。第３電極は、ソースおよびドレインの他方、または、エミッタおよびコレクタの他方に相当する。本実施の形態１および後述する実施の形態２では、バイポーラトランジスタを用いる構成を例示する。また、電源電圧または電源端子は、ＶＣＣと表記する。
A
実施の形態１の構成について、図１Ａで説明する。
The configuration of
入力端子１０１は、入力信号が入力され、トランジスタ１０２の第１電極としてのベースに接続される。
The
トランジスタ１０２は、入力端子１０１に接続された第１電極、出力端子１０３に接続された第２電極、および、グランドに接続された第３電極を有する。同図では、第２電極としてのコレクタが負荷インピーダンス素子１０４、検波回路１０５、及び出力端子１０３に接続されている。第３電極としてのエミッタがグランドに接続されている。
出力端子１０３は、トランジスタ１０２により増幅された信号を出力する。この信号は、以下、出力信号または出力電圧ＶＯＵＴとも呼ばれる。
The
負荷インピーダンス素子１０４は、例えば、インダクタ、あるいはインダクタとコンダクタの並列接続による共振回路である。
The
検波回路１０５は、出力端子１０３の出力振幅電圧ＶＡを検波電圧Ｖｄｅｔに変換して、抵抗１０７へ出力する。検波電圧Ｖｄｅｔは、出力信号の振幅値でもよいし、ピークピーク値でもよいし、実効値でもよく、出力振幅電圧ＶＡ（つまり出力電圧ＶＯＵＴの振幅）に対応していればよい。
The
電源検出回路１０６は、電流源を含み、電源電圧ＶＣＣに応じて電流源の電流量を制御する。この電流源の電流は、抵抗１０７と抵抗１０８の共通する点Ｖ１から電源検出回路１０６に入力される。共通する点Ｖ１は、直列に接続された抵抗１０７と抵抗１０８との接続点である。
抵抗１０７と抵抗１０８からなる直列回路は、検波回路１０５からの検波電圧Ｖｄｅｔを分圧する。分圧値は、検波電圧Ｖｄｅｔに比例し、トランジスタ１０２により増幅された出力信号の状態を判定するためにコンパレータ１１０で用いられる。
A series circuit composed of
コンパレータ１１０は、プラス側の入力にリファレンス電圧源１０９が接続され、マイナス側の入力に、点Ｖ１が接続され、またグランドに対して抵抗１０８が接続されている。コンパレータ１１０の出力には、トランジスタ１０２のベースに供給するためのバイアス回路１１１が接続される。また、コンパレータ１１０に、プラス側の入力に点Ｖ１が接続され、マイナス側の入力にリファレンス電圧源１０９が接続されてもよい。また、コンパレータ１１０はヒステリシス特性を備えており、ノイズ等により検出電圧が変動したときの誤動作を防止することができる。
The
バイアス回路１１１は、トランジスタ１０２の第１電極に接続され、コンパレータ１１０の出力により可変されるバイアスを第１電極にかける。具体的には、バイアス回路１１１は、第１電極にバイアス電流ＩＢＩＡＳを供給、または、バイアス電圧ＶＢＩＡＳを印加する。
A
また、図２Ａ～図２Ｄにバイアス回路１１１の第１～第４構成例を示している。図２Ａは、電流源２０２とコンパレータ１１０の出力により可変されるスイッチ２０１を直列に接続した直列回路で構成されている。図２Ｂは、電流源２０２とコンパレータ１１０の出力により可変されるスイッチ２０１ａを直列に接続した直列回路と電流源２０３と並列に接続した並列回路で構成されている。図２Ｃは、バイアス電圧源２０４とコンパレータ１１０の出力により可変されるスイッチ２０１ａを並列に接続した並列回路で構成されている。
2A to 2D show first to fourth configuration examples of the
図２Ｄは、図２Ｃの並列回路とバイアス電圧源２０５と直列に接続した直列回路で構成されている。
2D consists of the parallel circuit of FIG. 2C and a series circuit connected in series with the
〔動作〕
本実施の形態１および後述する実施の形態２では、電源電圧ＶＣＣの下限動作電源電圧をＶＣＣ＿Ｌ、上限をＶＣＣ＿Ｈ、また動作範囲の下限温度をＴ＿Ｌ、上限をＴ＿Ｈとする。
〔motion〕
In the first embodiment and a second embodiment described later, the lower limit operating power supply voltage of power supply voltage VCC is VCC_L, the upper limit is VCC_H, and the lower limit temperature of the operating range is T_L, and the upper limit is T_H.
まず、図１Ａにおいて、トランジスタ１０２の破壊電圧を超えることによる破壊を防止することを可能にする、高周波電力増幅器の保護機能について説明する。入力端子１０１から入力された信号は、トランジスタ１０２により増幅され、出力端子１０３へ出力される。出力された信号の一部が検波回路１０５へ入り、検波回路１０５は入力された出力端子１０３の出力振幅電圧ＶＡに応じて検波電圧Ｖｄｅｔを出力する。検波回路１０５の検波電圧Ｖｄｅｔは、抵抗１０７と抵抗１０８によって分圧される。金属等の遮蔽物の接近により、出力端子１０３のインピーダンスが変動したとき、トランジスタ１０２の出力信号である出力電圧ＶＯＵＴは上昇する。これにより、検波回路１０５の出力である検波電圧Ｖｄｅｔが上昇し、抵抗１０８にかかる電圧、つまりコンパレータ１１０のマイナス側の入力の電圧が上昇する。コンパレータ１１０のマイナス側の入力の電圧が、リファレンス電圧源１０９より上昇すると、コンパレータ１１０の出力が反転し、バイアス回路１１１の電流、もしくは電圧が可変される。これにより、トランジスタ１０２のベースへ供給される電流もしくは、電圧が可変され、トランジスタ１０２の出力電圧ＶＯＵＴが破壊電圧を超えて、トランジスタ１０２が破壊に至ることを防ぐことができる。
First, in FIG. 1A, the protective function of the high frequency power amplifier, which makes it possible to prevent destruction by exceeding the breakdown voltage of
次に、図１Ａにおいて、高周波電力増幅器の高出力化について説明する。 Next, with reference to FIG. 1A, the increase in the output power of the high frequency power amplifier will be described.
高周波電力増幅器の出力電圧ＶＯＵＴは、電源電圧ＶＣＣと出力振幅電圧により決定され、電源電圧ＶＣＣが低下するにつれて、低下する。出力振幅電圧は、出力電圧ＶＯＵＴが最大値となる、上限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｈで制限される。 The output voltage VOUT of the high frequency power amplifier is determined by the power supply voltage VCC and the output amplitude voltage, and decreases as the power supply voltage VCC decreases. The output amplitude voltage is limited by the upper limit operating power supply voltage VCC_H at which the output voltage VOUT becomes the maximum value.
図３の（Ａ）に上限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｈのとき、図３の（Ｂ）に下限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｌのときのトランジスタ１０２の出力電圧ＶＯＵＴの波形例を示す。図３の（Ａ）に示すように、トランジスタ１０２の出力電圧ＶＯＵＴの最大値が、トランジスタ１０２の破壊電圧よりも低い予め定めた電圧ＶＣＥ＿ＭＡＸとなる。一方、図３の（Ｂ）に示すように、下限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｌのとき、電源電圧ＶＣＣが下がる分、トランジスタ１０２の出力電圧ＶＯＵＴの最大値が、トランジスタ１０２の破壊電圧よりも低い予め定めた電圧ＶＣＥ＿ＭＡＸによりも低くなる。このため、トランジスタ１０２の出力電圧ＶＯＵＴの最大値が電圧ＶＣＥ＿ＭＡＸに到達しない電圧範囲内において、出力振幅電圧ＶＡを上げてもトランジスタ１０２の破壊は起こらないが、保護機能は、出力振幅電圧ＶＡを検出して動作するため、出力振幅電圧ＶＡが上昇すると保護機能が動作してしまう。これを回避するため、本実施の形態１では、電源検出回路１０６を搭載している。以降に効果を説明する。
FIG. 3A shows a waveform example of the output voltage VOUT of the
前述した保護機能で説明したように、出力端子１０３の出力振幅電圧ＶＡに応じて検波電圧Ｖｄｅｔが出力され、抵抗１０８には、抵抗１０７と抵抗１０８で分圧された電圧がかかる。抵抗１０８は、抵抗１０７から流れてきた電流から、電源検出回路１０６へ流れ込む電流を差し引いた電流が流れる。これにより、電源検出回路１０６へ流し込む電流が増加するほど、抵抗１０８にかかる電圧は減少するため、コンパレータ１１０の出力が反転するための検波回路１０５の検波電圧を高く設定することができる。よって電源電圧ＶＣＣが低い場合に、電源検出回路１０６へ流し込む電流を増加させることで、出力振幅電圧ＶＡの範囲は大きく取ることができ、高周波電力増幅器の高出力化が可能となる。
As described in the protection function, the detection voltage Vdet is output according to the output amplitude voltage VA of the
図１Ａにおいて、詳しい効果について説明する。リファレンス電圧源１０９の電圧をＶＲＥＦ、抵抗１０７、抵抗１０８の抵抗値をそれぞれＲ１、Ｒ２、抵抗１０７、抵抗１０８の電流値をそれぞれＩ１、Ｉ２とし、電源検出回路１０６へ流し込む電流をＩ３とする。また、検波電圧ＶＤＥＴは、
出力振幅電圧ＶＡが最小となる出力振幅電圧の最小電圧ＶＡ＿ＭＩＮは、電源検出回路１０６へ流し込む電流Ｉ３が０［Ａ］のときであり、
図５に、横軸を電源検出回路１０６へ流し込む電流Ｉ３、縦軸を出力振幅電圧ＶＡにしたときのグラフを示す。電源検出回路１０６へ流し込む電流Ｉ３は０［Ａ］のとき、出力振幅電圧ＶＡは、出力振幅電圧の最小電圧ＶＡ＿ＭＩＮとなり、最大電流Ｉ３＿ＭＡＸで、出力振幅電圧の最大電圧ＶＡ＿ＭＡＸとなる。
FIG. 5 shows a graph in which the horizontal axis is the current I 3 flowing into the power
また、図６に、横軸を電源電圧ＶＣＣ、縦軸を電源検出回路１０６へ流し込む電流Ｉ３にしたときのグラフを示す。上限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｈでは、電源検出回路１０６へ流し込む電流Ｉ３は０［Ａ］となり、下限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｌでは、最大値Ｉ３＿ＭＡＸとなる。
6 shows a graph in which the horizontal axis represents the power supply voltage VCC and the vertical axis represents the current I3 flowing into the power
図７に、トランジスタ１０２の出力電圧ＶＯＵＴの波形を示す。図７の（Ａ）は、上限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｈにおける出力信号の波形例を示す。出力振幅電圧ＶＡは、上限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｈで動作するときに決定され、最小となり、出力振幅電圧の最小電圧ＶＡ＿ＭＩＮとなる。図７の（Ｂ）は、下限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｌにおける出力信号の波形例を示す。実線の波形は、出力振幅電圧の最小電圧ＶＡ＿ＭＩＮで動作している波形例である。点線の波形は、出力振幅電圧の最大電圧ＶＡ＿ＭＡＸで動作している波形例である。トランジスタ１０２の破壊電圧よりも低い予め定めた電圧ＶＣＥ＿ＭＡＸを超えない電圧まで、電源検出回路１０６へ流し込む電流Ｉ３を増加させることで、出力振幅電圧の最大電圧ＶＡ＿ＭＡＸを取ることができる。
FIG. 7 shows the waveform of the output voltage V OUT of
よって、電源検出回路１０６がない場合は、下限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｌにおいて、出力振幅電圧ＶＡが固定され、高出力化をできなかったが、電源検出回路１０６を搭載し、電源検出回路１０６へ流し込む電流Ｉ３を制御することにより、最適な出力振幅電圧ＶＡに設定することができるため、高周波電力増幅器の高出力化を実現することができる。
Therefore, without the power
次に、バイアス回路１１１の具体的な構成例について説明する。
Next, a specific configuration example of the
図２Ａ～図２Ｄに、バイアス回路１１１の第１～第４構成例を示す。図２Ａにおいて、スイッチ２０１は、コンパレータ１１０からの出力により可変され、トランジスタ１０２の出力電圧ＶＯＵＴがトランジスタ１０２の破壊電圧よりも低い予め定めた電圧ＶＣＥ＿ＭＡＸに達したときに、スイッチ２０１はグランドにショートされる。これにより、トランジスタ１０２のベースへ供給するバイアス電流ＩＢＩＡＳは、遮断されることで、入力信号がトランジスタ１０２で電力増幅されなくなる。これにより、トランジスタ１０２の出力電圧ＶＯＵＴが破壊電圧を超えて、トランジスタ１０２が破壊に至ることを防ぐことができる。
2A to 2D show first to fourth configuration examples of the
図２Ｂは、図２Ａのバイアス電流ＩＢＩＡＳを遮断する構成に対して、バイアス電流ＩＢＩＡＳを減少させる構成である。図２Ｂにおいて、スイッチ２０１ａは、トランジスタ１０２の出力電圧ＶＯＵＴがトランジスタ１０２の破壊電圧よりも低い予め定めた電圧ＶＣＥ＿ＭＡＸに達したときに、スイッチ２０１ａはオフされ、トランジスタ１０２のベースへ供給するバイアス電流ＩＢＩＡＳは、電流源２０２と電流源２０３との合成電流から、電流源２０３の電流へ減少することで、電力増幅利得が低下し、出力振幅電圧ＶＡが抑制される。これにより、トランジスタ１０２の出力電圧ＶＯＵＴが破壊電圧を超えて、トランジスタ１０２が破壊に至ることを防ぐことができる。
FIG. 2B is a configuration that reduces the bias current I BIAS with respect to the configuration that blocks the bias current I BIAS of FIG. 2A. In FIG. 2B,
図２Ｃにおいて、スイッチ２０１ａは、トランジスタ１０２の出力電圧ＶＯＵＴがトランジスタ１０２の破壊電圧よりも低い予め定めた電圧ＶＣＥ＿ＭＡＸに達したときに、スイッチ２０１ａはオフされ、トランジスタ１０２のベースへ供給するバイアス電圧ＶＢＩＡＳは、グランドに接地されることで、入力信号がトランジスタ１０２で電力増幅されなくなる。これにより、トランジスタ１０２の出力電圧ＶＯＵＴが破壊電圧を超えて、トランジスタ１０２が破壊に至ることを防ぐことができる。
In FIG. 2C,
図２Ｄは、図２Ｃのバイアス電圧ＶＢＩＡＳを遮断する構成に対して、バイアス電圧ＶＢＩＡＳを減圧させる構成である。図２Ｄにおいて、スイッチ２０１ａは、トランジスタ１０２の出力電圧ＶＯＵＴがトランジスタ１０２の破壊電圧よりも低い予め定めた電圧ＶＣＥ＿ＭＡＸに達したときに、スイッチ２０１ａはオフされ、トランジスタ１０２のベースへ供給するバイアス電圧ＶＢＩＡＳは、バイアス電圧源２０４とバイアス電圧源２０５の合成電圧からバイアス電圧源２０５の電圧へ減圧することで、電力増幅利得が低下し、出力振幅電圧ＶＡが抑制される。これにより、トランジスタ１０２の出力電圧ＶＯＵＴが破壊電圧を超えて、トランジスタ１０２が破壊に至ることを防ぐことができる。
FIG. 2D shows a configuration that reduces the bias voltage V BIAS as opposed to the configuration that cuts off the bias voltage V BIAS of FIG. 2C. In FIG. 2D,
また、負荷インピーダンス素子１０４は、インダクタであってもよく、あるいはインダクタとコンダクタの並列接続による共振回路であってもよい。インダクタとコンダクタの並列接続のとき、高周波電力増幅器は、インダクタのみで構成したときと比較して、特定の周波数においてより高い出力振幅電圧ＶＡを得ることができる。
Also, the
また検波回路１０５において、その入力はトランジスタ１０２からの出力振幅電圧ＶＡに限定せず、トランジスタ１０２からの出力電流または出力電圧を検出し、前記所望の効果が得られる検波電圧を出力してもよい。
Further, in the
また同様に検波回路１０５において、その入力はトランジスタ１０２からの出力振幅電圧ＶＡに限定せず、図１Ｂに示されるようなトランジスタ１０２の出力電圧ＶＯＵＴまたは電流値を制御するバイアス回路１１１からのバイアス電流またはバイアス電圧を検出し、前記所望の効果が得られる検波電圧を出力してもよい。
Similarly, in the
また、本実施の形態１は、高周波低雑音増幅器へ適用することにより、高出力化を可能にし、保護機能を有する、高周波低雑音増幅器を実現することができる。 Further, by applying the first embodiment to a high-frequency low-noise amplifier, it is possible to realize a high-frequency low-noise amplifier that enables high output and has a protection function.
以上説明してきたように実施の形態１の高周波電力増幅器は、入力信号が入力される入力端子と、トランジスタにより増幅された信号を出力する出力端子と、前記入力端子に接続された第１電極を、少なくとも有する前記トランジスタと、リファレンス電圧源に接続され、増幅された前記信号の状態を判定するためのコンパレータと、前記第１電極に接続され、前記コンパレータの出力により可変されるバイアスを前記第１電極にかけるバイアス回路と、を備える。
As described above, the high-frequency power amplifier of
これによれば、高周波電力増幅器は、保護機能を有しながらも、高出力化と、電源電圧範囲の拡大を可能にする。 According to this, the high-frequency power amplifier enables a higher output and an expanded power supply voltage range while having a protection function.
ここで、前記トランジスタは、更に、前記出力端子に接続された第２電極を備え、前記高周波電力増幅器は、前記第２電極と電源との間に接続される負荷インピーダンス素子を備えてもよい。 Here, the transistor may further include a second electrode connected to the output terminal, and the high frequency power amplifier may include a load impedance element connected between the second electrode and a power supply.
ここで、増幅された前記信号の振幅を示す検波電圧を出力する検波回路と、前記検波電圧を伝達する出力線に接続された第1の抵抗と、前記第１の抵抗とグランドとの間に接続された第２の抵抗と、を備えてもよい。 Here, a detection circuit for outputting a detection voltage indicating the amplitude of the amplified signal, a first resistor connected to an output line for transmitting the detection voltage, and between the first resistor and the ground and a connected second resistor.
これによれば、コンパレータは、増幅された前記信号の振幅を示す検波電圧に比例する分圧値と、リファレンス電圧とを比較することにより、バイアス回路によるバイアスを切り替える。これにより、保護機能を有しながらも、高出力化を可能にする。 According to this, the comparator switches the bias by the bias circuit by comparing the divided voltage value proportional to the detection voltage indicating the amplitude of the amplified signal with the reference voltage. As a result, it is possible to increase the output while having the protection function.
ここで、前記検波回路は、前記出力端子に接続されてもよい。 Here, the detection circuit may be connected to the output terminal.
これによれば、検波回路は、出力端子の出力振幅電圧ＶＡから直接的に検波電圧に生成することができる。 According to this, the detection circuit can generate a detection voltage directly from the output amplitude voltage VA of the output terminal.
ここで、前記検波回路は、前記バイアス回路のバイアス出力線に接続されてもよい。 Here, the detection circuit may be connected to a bias output line of the bias circuit.
これによれば、検波回路は、バイアス出力線のバイアス電圧またはバイアス電流から、間接的に検波電圧を生成することができる。 According to this, the detection circuit can indirectly generate a detection voltage from the bias voltage or bias current of the bias output line.
ここで、前記コンパレータは、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との接続点に接続されてもよい。 Here, the comparator may be connected to a connection point between the first resistor and the second resistor.
これによれば、電源検出回路は、電源電圧に応じて第１の抵抗と第２の抵抗との接続点の電位を、調整することができるので、保護機能を有しながらも、高出力化を容易にすることができる。 According to this, the power supply detection circuit can adjust the potential of the connection point between the first resistor and the second resistor according to the power supply voltage, so that the output can be increased while having a protection function. can be facilitated.
ここで、前記高周波電力増幅器の電源電圧を検出し、電源電圧に応じた電流を、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との接続点から入力する電源検出回路を備えてもよい。 Here, a power detection circuit may be provided which detects the power supply voltage of the high-frequency power amplifier and inputs a current corresponding to the power supply voltage from a connection point between the first resistor and the second resistor.
これによれば、第１の抵抗と第２の抵抗との接続点の電位は、電源検出回路が入力する電流によって電源電圧に応じて調整されるので、保護機能を有しながらも、高出力化を容易にすることができる。 According to this, the potential at the connection point between the first resistor and the second resistor is adjusted in accordance with the power supply voltage by the current input by the power supply detection circuit. can facilitate conversion.
ここで、前記コンパレータは、ヒステリシス特性を備えてもよい。 Here, the comparator may have hysteresis characteristics.
これによれば、ノイズ等によりコンパレータの入力が変動したときの誤動作を抑制することができる。 According to this, it is possible to suppress malfunction when the input of the comparator fluctuates due to noise or the like.
ここで、前記バイアス回路は、電流源と前記コンパレータの出力により可変されるスイッチとを直列に接続した直列回路を有してもよい。 Here, the bias circuit may have a series circuit in which a current source and a switch variable by the output of the comparator are connected in series.
ここで、前記バイアス回路は、第１の電流源と前記コンパレータの出力により可変されるスイッチとを直列に接続した直列回路、および、前記直列回路と並列に接続された第２の電流源を有してもよい。 Here, the bias circuit has a series circuit in which a first current source and a switch variable by the output of the comparator are connected in series, and a second current source connected in parallel with the series circuit. You may
ここで、前記バイアス回路は、第１のバイアス電圧源と前記コンパレータの出力により可変される第１のスイッチとを並列に接続した並列回路を有してもよい。 Here, the bias circuit may have a parallel circuit in which a first bias voltage source and a first switch variable by the output of the comparator are connected in parallel.
ここで、前記バイアス回路は、さらに、前記並列回路と直列に接続された第２のバイアス電圧源を有してもよい。 Here, the bias circuit may further comprise a second bias voltage source connected in series with the parallel circuit.
ここで、前記負荷インピーダンス素子は、インダクタであってもよい。 Here, the load impedance element may be an inductor.
ここで、前記負荷インピーダンス素子は、インダクタとコンダクタとを並列に接続した共振回路であってもよい。 Here, the load impedance element may be a resonance circuit in which an inductor and a conductor are connected in parallel.
ここで、前記高周波電力増幅器は、高周波低雑音増幅器として用いてもよい。 Here, the high frequency power amplifier may be used as a high frequency low noise amplifier.
また、本発明の実施の形態に係る高周波電力増幅器は、入力信号が入力端子に入力され、トランジスタにより増幅された信号が出力端子に出力される、高周波電力増幅器であって、ゲートが入力端子に接続され、コレクタが出力端子に接続されたトランジスタと、上記トランジスタのコレクタと電源との間に接続された負荷インピーダンス素子と、上記出力端子に接続された検波回路と、上記検波回路が上記出力端子に接続されない他方に接続された第１の抵抗と、上記第１の抵抗が上記検波回路に接続されない他方とグランドとの間に接続された第２の抵抗と、入力の片方がリファレンス電圧源に接続され、入力の他方が上記第１の抵抗と上記第２の抵抗の共通する点に接続されたコンパレータと、上記トランジスタのベースとの間に接続され、上記コンパレータの出力により可変されるバイアス回路と、上記コンパレータの入力の他方に接続された電源検出回路と、を備えている。 Further, a high-frequency power amplifier according to an embodiment of the present invention is a high-frequency power amplifier in which an input signal is input to an input terminal and a signal amplified by a transistor is output to an output terminal, and a gate is connected to the input terminal. a transistor whose collector is connected to the output terminal; a load impedance element connected between the collector of the transistor and a power supply; a detection circuit connected to the output terminal; a first resistor connected to the other that is not connected to the detector circuit, a second resistor connected between the other that the first resistor is not connected to the detector circuit and ground; A bias circuit connected between the base of the transistor and a comparator having the other input connected to the common point of the first resistor and the second resistor, and the bias circuit being varied by the output of the comparator. and a power detection circuit connected to the other input of the comparator.
この構成によれば、高出力化を可能にし、保護機能を有する、高周波電力増幅器が構成できる。 According to this configuration, it is possible to configure a high-frequency power amplifier that enables high output and has a protection function.
なお、上記コンパレータは、ヒステリシス特性を備えることがより好ましい。これにより、ノイズ等により検出電圧が変動したときの誤作動を防止することができる。 Note that the comparator more preferably has hysteresis characteristics. This can prevent malfunction when the detected voltage fluctuates due to noise or the like.
なお、上記バイアス回路は、第１の電流源と上記コンパレータの出力により可変されるスイッチ１とを直列に接続した第１の直列回路で構成されていることがより好ましい。この構成によれば、上記トランジスタを保護するために、上記トランジスタのベースへ供給するバイアス電流を遮断することができる。
More preferably, the bias circuit is composed of a first series circuit in which a first current source and a
また、上記バイアス回路は、上記第１の直列回路と第２の電流源とを並列に接続した第１の並列回路に構成されていることがより好ましい。この構成によれば、上記トランジスタを保護するために、上記トランジスタのベースへ供給するバイアス電流を減少させることができる。 More preferably, the bias circuit is configured as a first parallel circuit in which the first series circuit and the second current source are connected in parallel. According to this configuration, the bias current supplied to the base of the transistor can be reduced in order to protect the transistor.
また、上記バイアス回路は、第１のバイアス電圧源と上記コンパレータの出力により可変される第１のスイッチとを並列に接続した第２の並列回路で構成されていることがより好ましい。この構成によれば、上記トランジスタを保護するために、第１のバイアス電圧源の両端をショートさせ、上記トランジスタのベース電圧をグランドに接地することができる。 More preferably, the bias circuit is composed of a second parallel circuit in which a first bias voltage source and a first switch variable by the output of the comparator are connected in parallel. According to this configuration, in order to protect the transistor, both ends of the first bias voltage source can be shorted and the base voltage of the transistor can be grounded.
さらに、上記バイアス回路は、上記第２の並列回路と第２のバイアス電圧源とを直列に接続した第２の直列回路で構成されていることがより好ましい。この構成によれば、上記トランジスタを保護するために、第１のバイアス電圧源の両端をショートさせ、上記トランジスタのベース電圧を減圧させることができる。 More preferably, the bias circuit comprises a second series circuit in which the second parallel circuit and a second bias voltage source are connected in series. According to this configuration, both ends of the first bias voltage source can be shorted to reduce the base voltage of the transistor in order to protect the transistor.
上記第１の抵抗と上記第２の抵抗との間に第２のスイッチを備えていることがより好ましい。この構成によれば、保護機能を動作させないときに、第２のスイッチをオフさせることにより、上記第１の抵抗および上記第２の抵抗に流れる電流を遮断することができる。 More preferably, a second switch is provided between the first resistor and the second resistor. According to this configuration, by turning off the second switch when not operating the protection function, the current flowing through the first resistor and the second resistor can be cut off.
上記負荷インピーダンス素子は、インダクタであることがより好ましい。この構成によれば、高周波電力増幅器は、高い出力振幅電圧ＶＡを得ることができる。 More preferably, the load impedance element is an inductor. With this configuration, the high frequency power amplifier can obtain a high output amplitude voltage VA .
また、上記負荷インピーダンス素子は、インダクタとコンダクタとを並列に接続した共振回路で構成されていることがより好ましい。この構成によれば、高周波電力増幅器は、特定の周波数において、インダクタのみで構成したときと比較して、より高い出力振幅電圧ＶＡを得ることができる。 Further, it is more preferable that the load impedance element is composed of a resonance circuit in which an inductor and a conductor are connected in parallel. According to this configuration, the high-frequency power amplifier can obtain a higher output amplitude voltage VA at a specific frequency than when configured only with an inductor.
また、記載の高周波電力増幅器のいずれかにおいて構成される、高周波低雑音増幅器であってもよい。この構成によれば、高出力化を可能にし、保護機能を有する、低雑音増幅器を実現することができる。 It may also be a high frequency low noise amplifier configured in any one of the described high frequency power amplifiers. According to this configuration, it is possible to realize a low-noise amplifier that enables high output and has a protection function.
（実施の形態２）
図８に本発明の実施の形態を説明するための高周波電力増幅器の構成を示す。実施の形態１は、高周波電力増幅器の出力振幅電圧ＶＡを検出して、下限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｌにおいて高出力化を可能にする、保護機能を有する、高周波電力増幅器の提案について説明した。実施の形態２では、電源を検出することで、動作範囲の上限温度において電源電圧範囲拡大を可能とする、保護機能を有する、高周波電力増幅器の提案について説明する。また、バイアス回路、及び負荷インピーダンス素子の構成、動作については、実施の形態１と同じであるため、省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 8 shows the configuration of a high-frequency power amplifier for explaining an embodiment of the present invention.
〔構成〕
実施の形態２の構成について、図８で説明する。入力端子８０１は、トランジスタ８０２のベースに接続され、トランジスタ８０２は、エミッタがグランドに接続され、コレクタが負荷インピーダンス素子８０４、抵抗８０７、及び出力端子８０３に接続されている。温度検出回路８０６は、電流源を含み、温度に応じて電流源の電流量を制御する。この電流源の電流は、抵抗８０７と抵抗８０８の共通する点Ｖ１から温度検出回路８０６に入力される。共通する点Ｖ１は、直列に接続された抵抗１０７と抵抗１０８との接続点である。コンパレータ８１０は、プラス側の入力にリファレンス電圧源８０９が接続され、マイナス側の入力に、点Ｖ１が接続され、またグランドに対して抵抗８０８が接続されている。コンパレータ８１０の出力には、トランジスタ８０２のベースに供給するためのバイアス回路８１１が接続された。また、コンパレータ８１０に、プラス側の入力に点Ｖ１が接続され、マイナス側の入力にリファレンス電圧源８０９が接続されてもよい。また、コンパレータ１１０はヒステリシス特性を備えており、ノイズ等により検出電圧が変動したときの誤動作を防止することができる。
〔composition〕
The configuration of Embodiment 2 will be described with reference to FIG.
〔動作〕
まず、図８において、トランジスタ８０２の破壊電圧を超えることによる破壊を防止することを可能にする、高周波電力増幅器の保護機能について説明する。入力端子８０１から入力された信号は、トランジスタ８０２により増幅され、出力端子８０３へ出力される。電源電圧ＶＣＣは、抵抗８０７と抵抗８０８によって分圧される。電源電圧ＶＣＣが上昇することにつれて、抵抗８０８にかかる電圧、つまりコンパレータ８１０のマイナス側の入力の電圧が上昇する。コンパレータ８１０のマイナス側の入力の電圧が、リファレンス電圧源８０９より上昇すると、コンパレータ８１０の出力が反転し、バイアス回路８１１の電流、もしくは電圧が可変される。これにより、トランジスタ８０２のベースへ供給される電流もしくは、電圧が可変され、トランジスタ８０２の出力電圧ＶＯＵＴが破壊電圧を超えて、トランジスタ８０２が破壊に至ることを防ぐことができる。
〔motion〕
First, referring to FIG. 8, the protective function of the high frequency power amplifier, which makes it possible to prevent destruction by exceeding the breakdown voltage of
次に、高周波電力増幅器の電源電圧範囲の拡大について説明する。高周波電力増幅器の出力振幅電圧ＶＡは、高周波電力増幅器の温度に依存し、温度が上昇するにつれて、小さくなる。図９の（Ａ）に動作範囲の下限温度Ｔ＿Ｌのとき、図９の（Ｂ）に動作範囲の上限温度Ｔ＿Ｈのときのトランジスタ８０２の出力電圧ＶＯＵＴの波形例を示す。図９の（Ａ）に示すように、上限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｈでのトランジスタ８０２の出力電圧ＶＯＵＴの最大値が、トランジスタ８０２の破壊電圧よりも低い予め定めた電圧ＶＣＥ＿ＭＡＸとなる。一方、図９の（Ｂ）に示すように、温度が高くなり、出力振幅電圧ＶＡが小さくなる分、図９の（Ａ）と同じ上限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｈでのトランジスタ８０２の出力電圧ＶＯＵＴの最大値が、トランジスタ８０２の破壊電圧よりも低い予め定めた電圧ＶＣＥ＿ＭＡＸによりも低くなる。このため、トランジスタ８０２の出力電圧ＶＯＵＴの最大値が電圧ＶＣＥ＿ＭＡＸに到達しない電圧範囲内において、上限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｈを上げてもトランジスタ８０２の破壊は起こらないが、保護機能は、電源電圧ＶＣＣを検出して動作するため、上限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｈが少しでも上昇すると保護機能が動作してしまう。これを回避するため、本実施の形態２では、温度検出回路８０６を搭載している。以降に効果を説明する。
Next, expansion of the power supply voltage range of the high frequency power amplifier will be described. The output amplitude voltage VA of the high frequency power amplifier depends on the temperature of the high frequency power amplifier, and decreases as the temperature rises. FIG. 9A shows a waveform example of the output voltage VOUT of the
前述した保護機能で説明したように、図８において、電源電圧ＶＣＣは、抵抗８０７と抵抗８０８によって分圧される。抵抗８０８は、抵抗８０７から流れてきた電流から、温度検出回路８０６へ流れ込む電流を差し引いた電流が流れる。これにより、温度検出回路８０６へ流し込む電流が増加するほど、抵抗８０８にかかる電圧は減少するため、コンパレータ８１０の出力が反転するための電圧を高く設定することができる。よって温度が高い場合に、温度検出回路８０６へ流し込む電流を増加させることで、上限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｈを上げることができ、高周波電力増幅器の電源電圧範囲の拡大が可能となる。
As described in the protection function above, the power supply voltage VCC is divided by
図８において、詳しい効果について説明する。リファレンス電圧源１０９の電圧をＶＲＥＦ、抵抗８０７、抵抗８０８の抵抗値をそれぞれＲ１、Ｒ２、各電流値をＩ１、Ｉ２とし、温度検出回路８０６へ流し込む電流をＩ３とする。また、出力振幅電圧ＶＡは、
上限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｈが最小となる上限動作電源電圧の最小電圧ＶＣＣ＿Ｈ＿ＭＩＮは、温度検出回路８０６へ流し込む電流Ｉ３が０［Ａ］のときであり、
図１１に、横軸を温度検出回路８０６へ流し込む電流Ｉ３、縦軸を上限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｈにしたときのグラフを示す。温度検出回路８０６へ流し込む電流Ｉ３は０［Ａ］のとき、上限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｈは、上限動作電源電圧の最小電圧ＶＣＣ＿Ｈ＿ＭＩＮとなり、最大電流Ｉ３＿ＭＡＸで、上限動作電源電圧の最大電圧ＶＣＣ＿Ｈ＿ＭＡＸとなる。
FIG. 11 shows a graph in which the horizontal axis is the current I 3 flowing into the
図１２に、横軸を温度Ｔ、縦軸を温度検出回路８０６へ流し込む電流Ｉ３にしたときのグラフを示す。動作範囲の下限温度Ｔ＿Ｌでは、温度検出回路８０６へ流し込む電流Ｉ３は０［Ａ］となり、動作範囲の上限温度Ｔ＿Ｈでは、最大電流Ｉ３＿ＭＡＸとなる。
FIG. 12 shows a graph in which the horizontal axis is the temperature T and the vertical axis is the current I3 flowing into the
図１３に、トランジスタ８０２の出力電圧ＶＯＵＴの波形を示す。図１３の（Ａ）は、動作範囲の下限温度Ｔ＿Ｌにおける出力信号の波形例を示す。電源上限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｈは、上限動作電源電圧の最小電圧ＶＣＣ＿Ｈ＿ＭＩＮで動作する。出力振幅電圧ＶＡは、動作範囲の下限温度Ｔ＿Ｌで動作するときの出力振幅電圧ＶＡで決定され、最大となり、出力振幅電圧の最大電圧ＶＡ＿ＭＡＸとなる。図１３の（Ｂ）は、動作範囲の上限温度Ｔ＿Ｈにおける出力信号の波形例を示す。実線の波形は、上限動作電源電圧の最小電圧ＶＣＣ＿ＨＭＩＮで動作している波形例である。動作範囲の上限温度Ｔ＿Ｈでは、出力振幅電圧ＶＡは、最小となり、出力振幅電圧の最小電圧ＶＡ＿ＭＩＮとなる。
FIG. 13 shows the waveform of the output voltage V OUT of
点線の波形は、上限動作電源電圧の最大電圧ＶＣＣ＿Ｈ＿ＭＡＸで動作している波形例である。動作範囲の上限温度Ｔ＿Ｈで、出力振幅電圧の最小電圧ＶＡ＿ＭＩＮとなるため、トランジスタ８０２の破壊電圧よりも低い予め定めた電圧ＶＣＥ＿ＭＡＸを超えない電圧まで、温度検出回路８０６へ流し込む電流Ｉ３を増加させることで、上限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｈ＿ＭＡＸを取ることができる。 The waveform of the dotted line is an example of the waveform when operating at the maximum voltage VCC_H_MAX of the upper limit operating power supply voltage. At the upper limit temperature T_H of the operating range, the minimum voltage VA_MIN of the output amplitude voltage is reached. By increasing it, the upper limit operating power supply voltage VCC_H_MAX can be obtained.
よって、温度検出回路８０６がない場合は、動作範囲の下限温度Ｔ＿Ｌにおいて、上限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｈが固定され、電源電圧範囲の拡大ができなかったが、温度検出回路８０６を搭載し、温度検出回路８０６へ流し込む電流Ｉ３を制御することにより、上限動作電源電圧ＶＣＣ＿Ｈを設定することができるため、高周波電力増幅器の電源電圧範囲の拡大を実現することができる。
Therefore, without the
また本実施の形態２にいて、電源電圧の検出のみに限らず、電源から高周波電力増幅器へ流入する電源電流値を検出してもよい。 Further, in the second embodiment, not only detection of the power supply voltage but also power supply current value flowing from the power supply to the high-frequency power amplifier may be detected.
また、本実施の形態２は、高周波低雑音増幅器へ適用することにより、高出力化を可能にし、保護機能を有する、高周波低雑音増幅器を実現することができる。 Further, by applying the second embodiment to a high-frequency low-noise amplifier, it is possible to realize a high-frequency low-noise amplifier that enables high output and has a protection function.
以上説明してきたように実施の形態２の高周波電力増幅器は、前記電源に接続された第１の抵抗と、前記第１の抵抗とグランドとの間に接続された第２の抵抗と、を備え、前記コンパレータは、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との接続点に接続される。 As described above, the high-frequency power amplifier of the second embodiment includes a first resistor connected to the power supply and a second resistor connected between the first resistor and ground. , the comparator is connected to a connection point between the first resistor and the second resistor.
これによれば、第１の抵抗と第２の抵抗との接続点の電位は、電源電圧に応じて調整されるので、保護機能を有しながらも、電源電圧範囲の拡大を容易にすることができる。ここで、前記高周波電力増幅器の温度を検出し、温度に応じた電流を、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との接続点から入力する温度検出回路を備えてもよい。 According to this, since the potential at the connection point between the first resistor and the second resistor is adjusted according to the power supply voltage, it is possible to easily expand the power supply voltage range while having the protection function. can be done . Here , a temperature detection circuit may be provided which detects the temperature of the high-frequency power amplifier and inputs a current corresponding to the temperature from a connection point between the first resistor and the second resistor.
これによれば、第１の抵抗と第２の抵抗との接続点の電位は、さらに、温度検出回路が入力する電流によって温度に応じて調整されるので、保護機能を有しながらも、電源電圧範囲の拡大を容易にすることができる。 According to this, the potential at the connection point between the first resistor and the second resistor is further adjusted in accordance with the temperature by the current input by the temperature detection circuit. Extension of the voltage range can be facilitated.
また、本発明の他の形態に係る、高周波電力増幅器は、入力信号が入力端子に入力され、トランジスタにより増幅された信号が出力端子に出力される、高周波電力増幅器であって、入力信号が入力端子に入力され、トランジスタにより増幅された信号が出力端子に出力される、高周波電力増幅器であって、ゲートが入力端子に接続され、コレクタが出力端子に接続されたトランジスタと、上記トランジスタのコレクタと電源との間に接続された負荷インピーダンス素子と、上記電源に接続された第３の抵抗と、上記第３の抵抗が出力端子に接続されない他方とグランドとの間に接続された第４の抵抗と、入力の片方がリファレンス電圧源に接続され、入力の他方が上記第３の抵抗と上記第４の抵抗の共通する点に接続されたコンパレータと、上記トランジスタのベースとの間に接続され、上記コンパレータの出力により可変されるバイアス回路と、上記コンパレータの入力の他方に接続された温度検出回路と、を備えている。 A high frequency power amplifier according to another aspect of the present invention is a high frequency power amplifier in which an input signal is input to an input terminal and a signal amplified by a transistor is output to an output terminal, wherein the input signal is input A high-frequency power amplifier in which a signal input to a terminal and amplified by a transistor is output to an output terminal, the transistor having a gate connected to the input terminal and a collector connected to the output terminal; and a collector of the transistor. A load impedance element connected between a power supply, a third resistor connected to the power supply, and a fourth resistor connected between the other to which the third resistor is not connected to the output terminal and ground. and a comparator having one input connected to a reference voltage source and the other input connected between a comparator connected to a common point of the third resistor and the fourth resistor and the base of the transistor, A bias circuit variable by the output of the comparator and a temperature detection circuit connected to the other input of the comparator are provided.
この構成によれば、電源電圧範囲を拡大することを可能にし、保護機能を有する、高周波電力増幅器が構成できる。 According to this configuration, it is possible to configure a high-frequency power amplifier that can expand the power supply voltage range and has a protection function.
なお、上記コンパレータは、ヒステリシス特性を備えることがより好ましい。これにより、ノイズ等により検出電圧が変動したときの誤作動を防止することができる。 Note that the comparator more preferably has hysteresis characteristics. This can prevent malfunction when the detected voltage fluctuates due to noise or the like.
なお、上記バイアス回路は、第１の電流源と上記コンパレータの出力により可変される第１のスイッチとを直列に接続した第１の直列回路で構成されていることがより好ましい。この構成によれば、上記トランジスタを保護するために、上記トランジスタのベースへ供給するバイアス電流を遮断することができる。 More preferably, the bias circuit is composed of a first series circuit in which a first current source and a first switch variable by the output of the comparator are connected in series. According to this configuration, the bias current supplied to the base of the transistor can be cut off in order to protect the transistor.
なお、上記バイアス回路は、上記第１の直列回路と第２の電流源とを並列に接続した第１の並列回路に構成されることがより好ましい。この構成によれば、上記トランジスタを保護するために、上記トランジスタのベースへ供給するバイアス電流を減少させることができる。 More preferably, the bias circuit is configured as a first parallel circuit in which the first series circuit and the second current source are connected in parallel. According to this configuration, the bias current supplied to the base of the transistor can be reduced in order to protect the transistor.
なお、上記バイアス回路は、第１のバイアス電圧源と上記コンパレータの出力により可変される第１のスイッチとを並列に接続した第２の並列回路で構成されてもいることがより好ましい。この構成によれば、上記トランジスタを保護するために、第１のバイアス電圧源の両端をショートさせ、上記トランジスタのベース電圧をグランドに接地することができる。 More preferably, the bias circuit is composed of a second parallel circuit in which a first bias voltage source and a first switch variable by the output of the comparator are connected in parallel. According to this configuration, in order to protect the transistor, both ends of the first bias voltage source can be shorted and the base voltage of the transistor can be grounded.
なお、上記バイアス回路は、上記第２の並列回路と第２のバイアス電圧源とを直列に接続した第２の直列回路で構成されていることがより好ましい。この構成によれば、上記トランジスタを保護するために、第１のバイアス電圧源の両端をショートさせ、上記トランジスタのベース電圧を減圧させることができる。 More preferably, the bias circuit is composed of a second series circuit in which the second parallel circuit and the second bias voltage source are connected in series. According to this configuration, both ends of the first bias voltage source can be shorted to reduce the base voltage of the transistor in order to protect the transistor.
なお、上記第３の抵抗と上記第４の抵抗との間に第２のスイッチを備えていることがより好ましい。この構成によれば、保護機能を動作させないときに、第２のスイッチをオフさせることにより、上記第３の抵抗および上記第４の抵抗に流れる電流を遮断することができる。 More preferably, a second switch is provided between the third resistor and the fourth resistor. According to this configuration, by turning off the second switch when the protection function is not operated, the current flowing through the third resistor and the fourth resistor can be cut off.
なお、上記負荷インピーダンス素子は、インダクタであることがより好ましい。この構成によれば、高周波電力増幅器は、高い出力振幅電圧ＶＡを得ることができる。 It should be noted that the load impedance element is more preferably an inductor. With this configuration, the high frequency power amplifier can obtain a high output amplitude voltage VA .
なお、上記負荷インピーダンス素子は、インダクタとコンダクタとを並列に接続した共振回路で構成されることがより好ましい。この構成によれば、高周波電力増幅器は、特定の周波数において、インダクタのみで構成したときと比較して、より高い出力振幅電圧ＶＡを得ることができる。 More preferably, the load impedance element is composed of a resonance circuit in which an inductor and a conductor are connected in parallel. According to this configuration, the high-frequency power amplifier can obtain a higher output amplitude voltage VA at a specific frequency than when configured only with an inductor.
なお、高周波電力増幅器のいずれかにおいて構成される、高周波低雑音増幅器であることがより好ましい。この構成によれば、電源電圧範囲の拡大を可能にし、保護機能を有する、低雑音増幅器を実現することができる。 More preferably, it is a high-frequency low-noise amplifier configured in any one of the high-frequency power amplifiers. With this configuration, it is possible to realize a low-noise amplifier that enables an expansion of the power supply voltage range and has a protection function.
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施の形態が明らかである。したがって、上記説明は、例示として解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されるものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。 From the above description many modifications and other embodiments of the invention will be apparent to those skilled in the art. Therefore, the above description is to be construed as illustrative and is provided for the purpose of teaching those skilled in the art the best mode of carrying out the invention. Substantial details of construction and/or function may be changed without departing from the spirit of the invention.
本発明の高周波電力増幅器は、保護機能を有し、高出力化と、電源電圧範囲の拡大とを可能にすることができる。このため、スマートフォン等の小型無線通信機器、高出力を必要とする基地局向け無線通信機器、またあらゆる無線通信機器において、高周波電力増幅器は、有効である。 The high-frequency power amplifier of the present invention has a protection function, and can increase the power output and expand the power supply voltage range. Therefore, high-frequency power amplifiers are effective in small wireless communication devices such as smartphones, wireless communication devices for base stations that require high output, and all wireless communication devices.
１０１ 入力端子
１０２ トランジスタ
１０３ 出力端子
１０４ 負荷インピーダンス素子
１０５ 検波回路
１０６ 電源検出回路
１０７ 抵抗
１０８ 抵抗
１０９ リファレンス電圧源
１１０ コンパレータ
１１１ バイアス回路
２０１、２０１ａ スイッチ
２０２ 電流源
２０３ 電流源
２０４ バイアス電圧源
２０５ バイアス電圧源
８０１ 入力端子
８０２ トランジスタ
８０３ 出力端子
８０４ 負荷インピーダンス素子
８０６ 温度検出回路
８０７ 抵抗
８０８ 抵抗
８０９ リファレンス電圧源
８１０ コンパレータ
８１１ バイアス回路
101
Claims (13)
入力信号が入力される入力端子と、
トランジスタにより増幅された信号を出力する出力端子と、
前記入力端子に接続された第１電極を、少なくとも有する前記トランジスタと、
リファレンス電圧源に接続され、増幅された前記信号の状態を判定するためのコンパレータと、
前記第１電極に接続され、前記コンパレータの出力により可変されるバイアスを前記第１電極にかけるバイアス回路と、
増幅された前記信号の振幅を示す検波電圧を出力する検波回路と、
前記検波電圧を伝達する出力線に接続された第１の抵抗と、
前記第１の抵抗とグランドとの間に接続された第２の抵抗と、
前記高周波電力増幅器の電源電圧を検出し、前記電源電圧に応じた電流を、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との接続点から入力する電源検出回路と、を備え、
前記コンパレータは、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との前記接続点に接続される
高周波電力増幅器。 A high frequency power amplifier,
an input terminal to which an input signal is input;
an output terminal that outputs a signal amplified by the transistor;
the transistor having at least a first electrode connected to the input terminal;
a comparator connected to a reference voltage source for determining the state of the amplified signal;
a bias circuit connected to the first electrode and applying a bias variable according to the output of the comparator to the first electrode;
a detection circuit that outputs a detection voltage indicating the amplitude of the amplified signal;
a first resistor connected to an output line that transmits the detected voltage;
a second resistor connected between the first resistor and ground;
a power supply detection circuit that detects a power supply voltage of the high-frequency power amplifier and inputs a current corresponding to the power supply voltage from a connection point between the first resistor and the second resistor,
The comparator is connected to the connection point between the first resistor and the second resistor.
High frequency power amplifier.
前記高周波電力増幅器は、前記第２電極と電源との間に接続される負荷インピーダンス素子を備える
請求項１に記載の高周波電力増幅器。 the transistor further comprising a second electrode connected to the output terminal;
2. The radio frequency power amplifier of claim 1, wherein said radio frequency power amplifier comprises a load impedance element connected between said second electrode and a power supply.
請求項１に記載の高周波電力増幅器。 2. The high frequency power amplifier according to claim 1 , wherein said detection circuit is connected to said output terminal.
請求項１に記載の高周波電力増幅器。 2. The high frequency power amplifier according to claim 1 , wherein said detection circuit is connected to a bias output line of said bias circuit.
入力信号が入力される入力端子と、
トランジスタにより増幅された信号を出力する出力端子と、
前記入力端子に接続された第１電極と、前記出力端子に接続された第２電極とを、少なくとも有する前記トランジスタと、
リファレンス電圧源に接続され、増幅された前記信号の状態を判定するためのコンパレータと、
前記第１電極に接続され、前記コンパレータの出力により可変されるバイアスを前記第１電極にかけるバイアス回路と、
前記第２電極と電源との間に接続される負荷インピーダンス素子と、
前記電源に接続された第１の抵抗と、
前記第１の抵抗とグランドとの間に接続された第２の抵抗と、を備え、
前記高周波電力増幅器の温度を検出し、温度に応じた電流を、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との接続点から入力する温度検出回路と、を備え、
前記コンパレータは、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との前記接続点に接続される
高周波電力増幅器。 A high frequency power amplifier,
an input terminal to which an input signal is input;
an output terminal that outputs a signal amplified by the transistor;
the transistor having at least a first electrode connected to the input terminal and a second electrode connected to the output terminal;
a comparator connected to a reference voltage source for determining the state of the amplified signal;
a bias circuit connected to the first electrode and applying a bias variable according to the output of the comparator to the first electrode;
a load impedance element connected between the second electrode and a power supply;
a first resistor connected to the power supply;
a second resistor connected between the first resistor and ground;
a temperature detection circuit that detects the temperature of the high-frequency power amplifier and inputs a current corresponding to the temperature from a connection point between the first resistor and the second resistor,
The comparator is connected to the connection point between the first resistor and the second resistor.
High frequency power amplifier.
請求項１～５のいずれか一項に記載の高周波電力増幅器。 The high frequency power amplifier according to any one of claims 1 to 5 , wherein the comparator has hysteresis characteristics.
電流源と前記コンパレータの出力により可変されるスイッチとを直列に接続した直列回路を有する
請求項１～６のいずれか一項に記載の高周波電力増幅器。 The bias circuit is
The high frequency power amplifier according to any one of claims 1 to 6, comprising a series circuit in which a current source and a switch variable by the output of said comparator are connected in series.
第１の電流源と前記コンパレータの出力により可変されるスイッチとを直列に接続した直列回路、および、前記直列回路と並列に接続された第２の電流源を有する
請求項１～６のいずれか一項に記載の高周波電力増幅器。 The bias circuit is
7. The circuit according to any one of claims 1 to 6 , comprising a series circuit in which a first current source and a switch variable by the output of said comparator are connected in series, and a second current source connected in parallel with said series circuit. The high frequency power amplifier according to item 1.
請求項１～６のいずれか一項に記載の高周波電力増幅器。 The high-frequency power amplifier according to any one of claims 1 to 6 , wherein said bias circuit has a parallel circuit in which a first bias voltage source and a first switch variable by the output of said comparator are connected in parallel. .
請求項９に記載の高周波電力増幅器。 10. The high frequency power amplifier of claim 9 , wherein said bias circuit further comprises a second bias voltage source connected in series with said parallel circuit.
請求項２に記載の高周波電力増幅器。 3. A high frequency power amplifier according to claim 2, wherein said load impedance element is an inductor.
請求項２に記載の高周波電力増幅器。 3. A high-frequency power amplifier according to claim 2, wherein said load impedance element is a resonance circuit in which an inductor and a conductor are connected in parallel.
請求項１～１２のいずれか一項に記載の高周波電力増幅器。 The high frequency power amplifier according to any one of claims 1 to 12 , which is used as a high frequency low noise amplifier.
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