JPH08511404A - 非線形増幅器用ｄｃバイアス電流補償回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 非線形増幅器（１０）用ＤＣバイアス電流補償回路は、回路構成が非線形増幅器（１０）とほぼ同一の補償増幅器（１２８）と、補償すべき非線形増幅器（１０）に補償増幅器（１２８）を結合する電流ミラー（１２２）とを含む。補償増幅器（１２８）に、その出力部からその入力部への帰還を設けて、補償増幅器（１２８）の出力部に供給されるＤＣバイアス電流を、非線形増幅器（１０）のＤＣ入力バイアス電流を補償するように使用できるようにする。このようにして、非線形増幅器（１０）を、温度変化又は製造プロセス変化が原因の利得の変化に対して補償することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 非線形増幅器用ＤＣバイアス電流補償回路発明の背景 本発明は非線形増幅器の分野に存在し、より詳しくはこのような非線形増幅器 用のＤＣバイアス電流補償回路に関するものである。 代表的には、ＲＦ又はマイクロ波増幅器に用いられる共通エミッタ利得段のよ うな非線形増幅器は、ＤＣ入力バイアス電流とＤＣ出力バイアス電流との間に非 線形な関係を有し、したがって所定のＤＣ入力バイアス電流に対するＤＣ出力バ イアス電流を予測するのが困難になる。さらに、プロセス変化及び温度変化によ り追加の非線形性が発生する。従来の非線形利得段においてはＤＣ出力バイアス 電流を正確に予測できないことは、非線形増幅器のＤＣ出力バイアス電流が電圧 振幅、相互コンダクタンス及び最も重要な電圧利得のようなパラメータに直接影 響を及ぼすために問題となっている。したがって、ＤＣ入力バイアス電流とＤＣ 出力バイアス電流（例えばベース電流とコレクタ電流）との間の関係に強い非線 形性がある、すなわち温度誤差及び／又はプロセス誤差が原因でこの関係が非常 に変わりやすい場合、通常固定バイアス源を使用する共通エミッタ段のような非 線形増幅段にバイアスがかかるために、非常に変わりやすく予測できない動作と なる。 バイアスをかけるとともに温度を補償する非線形増幅段用の種々の従来の回路 は、例えば欧州特許明細書第0488443号及び米国特許明細書第5150076号に示すよ うに既知である。しかしながら、これらの明細書に記載されている解決方法は、 上記問題の簡単かつ有効な解決方法を提供するものではない。 したがって、予測可能な方法で出力バイアス電流を制御するとともに、特定の 利得を達成及び／又は温度変化若しくはプロセス変化を補償するのに所望な値に 出力バイアス電流を容易に設定できる非線形増幅器用ＤＣバイアス電流補償回路 を有することが好ましい。発明の要約 したがって、本発明の目的は、特定の利得を達成及び／又は温度変化若しくは プロセス変化を補償するのに所望な値に出力バイアス電流を容易に設定すること ができる非線形増幅器用ＤＣバイアス電流補償回路を提供することである。 本発明によれば、これらの目的を、非線形増幅器とほぼ同一の回路形態の補償 増幅器と、補償すべき非線形増幅器にこの補償増幅器を結合する電流ミラーとを 含む新たな非線形増幅器用ＤＣバイアス電流補償回路によって達成される。補償 増幅器にその出力からその入力への帰還を設けて、補償増幅器の出力に供給され るＤＣバイアス電流を、非線形増幅器のＤＣ入力バイアス電流を補償するのに使 用できるようにする。このようにして、非線形増幅器を、温度変化又は製造プロ セス変化が原因の利得の変化に対して補償する。 本発明の好適例では、帰還を、補償増幅段の出力部に結合された入力部及び電 流ミラーの入力部と補償増幅器の入力部との間に結合された主電流路を有するト ランジスタにより設ける。 本発明の他の好適例では、補償増幅器のＤＣ出力バイアス電流を設定する電流 源は、抵抗を介して入力電圧に結合した制御端子を有するトランジスタを含み、 トランジスタの主電流路を電源端子と補償増幅器の出力部との間に結合する。 本発明の他の好適例では、補償増幅器のＤＣ出力バイアス電流を設定する電流 源を、入力電流源に結合した入力部及び補償増幅器の出力部に結合した出力部を 有する第２電流ミラーとする。 本発明の基本動作原理は、非線形増幅器とほぼ同一の回路形態の補償増幅器を 設けて非線形増幅器の非線形性を取り消すことであり、その結果非線形増幅器の ＤＣ出力バイアス電流を、補償増幅器のＤＣ出力バイアス電流の線形関数とする 。これは、補償増幅器の出力部をその入力部に帰還結合する帰還回路に補償増幅 器を設けることにより達成され、したがって補償増幅器の入力バイアス電流をそ の出力の非線形関数として設定し、その後この入力バイアス電流を電流ミラーを 介して補償すべき非線形増幅器の入力部に結合する。補償増幅器及び非線形増幅 器をほぼ同一の回路形態としているので、これらの非線形性は取り消され、その 結果非線形増幅器からのＤＣ出力バイアス電流が、制御可能で、かつ、補償増幅 器のＤＣ出力バイアス電流の線形関数となり、この補償増幅器のＤＣ出力バイア ス電流を直接所望の値に設定することができる。図面の簡単な説明 本発明を、添付図面を参照して読むべき以下の詳細な説明からより完全に理解 することができる。 図１は、従来の非線形増幅段のブロックダイヤグラムである。 図２は、ＲＦ又はマイクロ波増幅器に使用される代表的な従来の非線形増幅回 路の線形ダイヤグラムである。 図３は、本発明による非線形増幅器用ＤＣバイアス電流補償回路を示す。 図４は、補償回路用電流供給回路の第１実施例を示す。 図５は、補償回路用電流供給回路の第２実施例を示す。 図面中、種々の図の対応する素子には一般的に同一符号を付す。好適実施例の説明 ＲＦ又はマイクロ波増幅器に使用される代表的なタイプの従来の非線形増幅段 を、図１においてブロックダイヤグラム形態で示すとともに、図２において線形 形態で示す。図１において、非線形増幅段１０を、入力端子１０２及び出力端子 １０４を有する非線形増幅器１００で構成する。増幅器１００を、増幅器の入力 部のＤＣ入力バイアス電流源１０６及び増幅器出力部のＤＣ出力バイアス電流源 １０８により電源端子Vccに結合する。非線形増幅段１０を意図的に非常に一般 的な形態で図示していることを理解することができ、この場合電流源１０６及び １０８を種々の受動素子及び／又は能動素子で構成することができ、増幅器１０ ０を、種々の受動素子と結合した一つ又はそれ以上の能動装置で構成することが できる。注目すべき重要な点は、図１の増幅器１００が、ＤＣ出力バイアス電流 がＤＣ入力バイアス電流の線形関数でなく、増幅段１０の利得がＤＣ出力バイア ス電流の大きさ、温度変化及びプロセス変化とともに変わるおそれがある非線形 増幅器である点である。増幅段のＤＣ出力バイアス電圧は、電圧振幅、相互コン ダクタンス及び電圧利得のようなパラメータの影響を直接受けるので、この電流 の大きさを正確に予測することができず、その結果非常に変わりやすく予測する ことができない応答をする。 図２に示す簡単な単一トランジスタの共通エミッタ増幅段１０は、ＲＦ又はマ イクロ波の用途の代表的な従来の非線形増幅回路である。図２の回路では、増幅 器１００は、共通エミッタ形態で接続されたトランジスタ１１０を含む。この形 態では、入力端子１０２を、キャパシタ１１２を介してトランジスタ１１０のベ ースに容量的に結合し、出力端子１０４を、キャパシタ１１４を介してトランジ スタ１１０のコレクタに接続し、トランジスタ１１０のエミッタを接地する。Ｄ Ｃ入力バイアス電流を、Ｖccとトランジスタ１１０のベースとの間に接続された 電流源１０６によって発生させ、抵抗１１６をトランジスタ１１０のベースと接 地点との間に接続する。図２に示す回路を、Ｖccとトランジスタ１１０のコレク タとの間に接続したインダクタ１１８によって完成させる。このインダクタ１１ ８は、動作周波数負荷及び図１に示す電流源１０８に類似したＤＣ出力バイアス 電流源として作用する。この回路は代表的にはＲＦ又はマイクロ波増幅器に用い ることができる簡単な非線形増幅段の一例であることも理解することができ、こ の回路では、ＤＣ出力バイアス電流とＤＣ入力バイアス電流との間の非線形的で 予測できない関係により、非常に変わりやすく予期できない動作をする。 本発明による非線形増幅段１０用のＤＣバイアス電流補償回路２０を図３に示 す。この回路では、非線形増幅段１０を図１のようなブロックダイヤグラム形態 で示すが、ＤＣ入力バイアス電流源１０６を、電流ミラー１２２の出力トランジ スタとして接続されたトランジスタ（この場合ＭＯＳＦＥＴ）１２０として示す 。この電流ミラー１２２は、電流ミラーの入力トランジスタとして接続されたト ランジスタ１２４も含む。図３の回路では、電流ミラー１２２は回路の上側すな わちＶccをオフにするように動作し、入力トランジスタ１２４の主電流路を、こ こではバイポーラトランジスタとして示す帰還トランジスタ１２６の主電流路に 直列接続する。この形態では、トランジスタ１２６のコレクタを電流ミラーの入 力側に結合し、トランジスタ１２６のベースを補償増幅器１２８の出力端子に結 合し、トランジスタ１２６のエミッタを補償増幅器１２８の入力側に結合して帰 還配置を形成し、これにより増幅器１２８の出力電流の一部をその入力側に帰還 結合する。図３の回路は電流源１３０によって完成され、この電流源１３０は、 Ｖccと補償増幅器１２８の出力側及びトランジスタ１２６のベースの接合点との 間に主電流路を有する。電流源１３０は、信号を受信して電流源１３０の電流レ ベルを設定する制御入力部１３２を有し、これにより後に詳細に説明するような 方法で非線形増幅器１００のＤＣ出力バイアス電流を制御する。 図４及び５は、補償回路２０の電流源１３０の二つの他の実施例を示す。これ らの形態では図３のトランジスタ１２６の左側の回路部のみを示し、簡単のため に図３のトランジスタ１２６の右側の回路部は省略する。図４において、電流源 １３０はトランジスタ１３４及び１３６を含み、これらトランジスタを、図３の 電流ミラー１２２の接続で図示及び説明したように回路の上側をオフにするよう に動作する通常の電流ミラー形態で接続する。この回路では、回路動作中入力バ イアス電流を回路入力部１３２に供給し、これにより補償増幅器１２８のＤＣ出 力バイアス電流を制御する。図５に示す他の実施例では、電流源１３０は、Ｖcc 及び補償増幅器１２８の出力側間に接続された主電流路を有するトランジスタ１ ３８と、制御入力部１３２及びトランジスタ１３８の制御入力部間に接続された 抵抗１４０とを具える。この場合、電圧入力を制御入力部１３２に供給して、補 償増幅器１２８の出力部に供給すべき電流源１３０の所望の電流を発生させる。 既に説明したように、図１で一般的にかつ図２でより詳しく図示したような従 来の非線形増幅器は、非線形で容易に予測できないＤＣ入力バイアス電流の関数 のＤＣ出力バイアス電流を有し、これにより非常に変わりやすくて予測できない ように動作する。これら不都合を克服するために、本発明によれば非線形増幅段 １０に、図３に示すようなＤＣバイアス電流補償回路２０を設ける。動作中、非 線形増幅器１００のＤＣ入力バイアス電流を、電流ミラー形態１２２でトランジ スタ１２４と接続したトランジスタ１２０により発生させる。したがって、非線 形増幅器１００への入力バイアス電流を、電流ミラーの入力トランジスタ１２４ に流れる電流に等しく（１の換算係数）、又は、トランジスタ１２４に流れる電 流のｋ倍に等しく（ｋの換算係数）設定することができる。電流ミラーへの入力 電流は帰還トランジスタ１２６を介して補償増幅器１２８の入力部に流れ、増幅 器１２８のＤＣ出力バイアス電流を、制御入力部１３２の信号によって設定され る電流源１３０によって発生させる。回路のこの部分の帰還配置のために、電流 源１３０への増幅器１２８のＤＣ出力バイアス電流を設定することにより、電流 ミラー１２２の入力部への電流したがってその出力を制御することができる。電 流ミラー１２２の出力部からＤＣ入力バイアス電流を非線形増幅器１００に供給 するので、このＤＣ入力バイアス電流を、電流源１３０の制御入力部１３２に供 給される信号によって制御できるのがわかる。 補償増幅器１２８に非線形増幅器１００の回路形態とほぼ同一の回路形態を設 けるので、これら二つの増幅器はほぼ同一の非線形性を示す。したがって、選択 された電流が電流源１３０により増幅器１２８の出力部に供給されると、この電 流が、非線形増幅器１００の出力に対する入力から得られる利得関数のほぼ逆と なる利得関数を有する増幅器１２８の入力部に反射され、したがってこれらの非 線形性がほぼ取り消され、非線形増幅器１００のＤＣ出力バイアス電流を、電流 源１３０によって生じる電流のほぼ線形関数とする。 比較的低い電流レベルを扱うように設計された回路では、補償増幅器１２８を 、非線形増幅器１００を複製したものとすることができ、この場合電流ミラー１ ２２はほぼ単一利得を有する。非線形増幅器の電流が相当なものである場合も、 変換係数ｋにより非線形増幅器１００の電流から減少した電流を通す補償増幅器 １２８を構成することにより、電力消費を減少させることができる。この場合、 電流ミラー１２２は、変換係数ｋにほぼ等しい利得を有する。これに関して、増 幅器１００及び１２８は常にほぼ同一の回路形態を有するが、（バイポーラトラ ンジスタ増幅器の）エミッタ領域又は（ＭＯＳトランジスタの）アスペクト比を 適切に選択することにより相違する電流レベルを通すように設計できることを理 解することができる。この場合、換算係数を、使用されるトランジスタのタイプ に応じてエミッタ領域比又はアスペクト比に等しくする。 図４の回路において、電流源１３０を電流ミラー回路として設け、この場合回 路は、接続入力部１３２に供給される入力電流によって制御される。制御入力部 １３２に電圧を入力して回路を制御することを所望する場合、図５に示すような 回路を使用することができる。図５において、制御入力部１３２の電圧をトラン ジスタ１３８のベース駆動用電流に変換する抵抗１４０を設けて、トランジスタ １３８のコレクタの補償増幅器１２８の出力部に供給すべき電流を発生させる。 図３のＤＣバイアス電流補償回路は、従来の回路より優れた種々の利点を有す る。補償回路１２８を使用することにより、増幅器１００の非線形性が有効に取 り消され、したがって非線形増幅器のＤＣ出力バイアス電流を線形性とし、その 結果電流源１３０に発生する電流の関数を予測可能にする。このようにして、非 線形増幅器１２８のＤＣ出力バイアス電流を予測可能に設定して、所望の電圧利 得、電圧振幅又は相互コンダクタンスを達成することができる。さらに、温度変 化又はプロセス誤差変化が原因のＤＣ出力バイアス電流の変動を、電流源１３０ の制御入力部１３２に適切な信号を供給することにより容易に補償することがで きる。その上、図５の回路形態の場合には、抵抗１４０の温度係数を適切に選択 することにより更に複雑にすることなく温度補償を達成することができ、しだが って追加の素子を付加することなく自動的に温度補償の特徴を付与することがで きる。 本発明を、複数の好適実施例を特に図示及び説明したが、本発明の範囲内で種 々の変更及び変形が可能であることは当業者には理解することができる。例えば 、増幅器１００及び１２８を簡単な単一段増幅器にすることも複雑な複数段増幅 器にすることもでき、バイポーラトランジスタとして図示したトランジスタをＭ ＯＳトランジスタとして設けることもでき、その逆も可能である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．非線形増幅器（１０）用ＤＣバイアス電流補償回路（２０）であって、この 非線形増幅器（１０）はＤＣ入力バイアス電流及びＤＣ出力バイアス電流を有し 、前記非線形増幅器（１０）の利得を前記ＤＣ出力バイアス電流の関数とし、前 記補償回路（２０）は、入力部及び出力部を有する第１電流ミラー（１２２）を 具え、前記出力部を、前記ＤＣ入力バイアス電流を制御する前記非線形増幅器（ １０）の入力部に結合し、また前記ＤＣバイアス電流補償回路は、前記非線形増 幅器（１０）とほぼ同一の回路形態の補償増幅器（１２８）を具え、この補償増 幅器はＤＣ入力バイアス電流及びＤＣ出力バイアス電流を有し、前記第１電流ミ ラー（１２２）の入力部を前記補償増幅器（１２８）の入力部に結合し、また前 記ＤＣバイアス電流補償回路は、前記補償増幅器（１２８）の出力を前記補償増 幅器（１２８）の入力に帰還結合するとともに前記補償増幅器（１２８）のＤＣ 入力バイアス電流及び前記第１電流ミラー（１２２）の入力電流を制御する帰還 手段と、前記補償増幅器（１２８）のＤＣバイアス電流を設定して前記非線形増 幅器（１０）のＤＣ入力バイアス電流を前記第１電流ミラー（１２２）によって 補償する電流供給手段（１３０）とを具えることを特徴とする非線形増幅器（１ ０）用ＤＣバイアス電流補償回路（２０）。 ２．前記帰還手段は、制御端子及び主電流路を有する第１トランジスタ（１２６ ）を具え、この制御端子を前記補償増幅器（１２８）の出力部に結合し、前記主 電流路を、前記第１電流ミラー（１２２）の入力部と前記補償増幅器（１２８） の入力部との間に結合したことを特徴とする請求の範囲１記載の非線形増幅器（ １０）用ＤＣバイアス電流補償回路（２０）。 ３．前記補償増幅器（１２８）を、前記非線形増幅器（１０）を複製したものと し、前記第１電流ミラー（１２２）はほぼ単一利得を有することを特徴とする請 求の範囲１又は２記載の非線形増幅器（１０）用ＤＣバイアス電流補償回路（２ ０）。 ４．前記補償増幅器（１２８）を、変換係数により前記非線形増幅器（１０）の 電流から減少した電流を通すように配置し、前記第１電流ミラー（１２２）は 、前記変換係数にほぼ等しい利得を有することを特徴とする請求の範囲１又は２ 記載の非線形増幅器（１０）用ＤＣバイアス電流補償回路（２０）。 ５．前記補償増幅器（１２８）のＤＣ出力バイアス電流を設定する前記電流供給 手段（１３０）は、入力電流源に結合した入力部（１３２）及び前記補償増幅器 （１２８）の出力部に結合した出力部を有する第２電流ミラー（１３６，１３４ ）を具えることを特徴とする請求の範囲１，２，３又は４記載の非線形増幅器（ １０）用ＤＣバイアス電流補償回路（２０）。 ６．前記補償増幅器（１２８）のＤＣ出力バイアス電流を設定する前記電流供給 手段（１３０）は、制御端子及び主電流路を有する第２トランジスタ（１３８） を具え、この制御端子を、抵抗（１４０）を介して入力電圧に結合するとともに 、前記主電流路を、電源端子と前記補償増幅器（１２８）の出力部と間に結合し たことを特徴とする請求の範囲１，２，３又は４記載の非線形増幅器（１０）用 ＤＣバイアス電流補償回路（２０）。