JPH09232875A - 高周波増幅器 - Google Patents
高周波増幅器Info
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- JPH09232875A JPH09232875A JP9034399A JP3439997A JPH09232875A JP H09232875 A JPH09232875 A JP H09232875A JP 9034399 A JP9034399 A JP 9034399A JP 3439997 A JP3439997 A JP 3439997A JP H09232875 A JPH09232875 A JP H09232875A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
- H03F1/52—Circuit arrangements for protecting such amplifiers
- H03F1/523—Circuit arrangements for protecting such amplifiers for amplifiers using field-effect devices
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
- H03F1/30—Modifications of amplifiers to reduce influence of variations of temperature or supply voltage or other physical parameters
- H03F1/305—Modifications of amplifiers to reduce influence of variations of temperature or supply voltage or other physical parameters in case of switching on or off of a power supply
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Amplifiers (AREA)
- Control Of Amplification And Gain Control (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ０．８〜２ＧＨｚの周波数帯に適したモノリ
シックＲＦ増幅回路を提供する。 【解決手段】 ＲＦ増幅回路は、チップ上に、増幅器の
入力周波数の約２〜５倍以上で動作し、整流器とロー・
パス・フィルタとに結合され、増幅段（例えば、ＧａＡ
ｓＦＥＴ）のバイアス／利得入力に、バイアス／利得制
御回路を介して供給されるＤＣ信号を生成することによ
り、安全な動作を保証するゲート可能発振器と、バイア
スに応答する優先制御回路とを含む。優先制御回路は、
バイアスがそのバイアス／利得入力上にあるときのみ、
増幅段を電源に結合する電力スイッチを動作させること
によって、増幅段を過剰電流動作から保護する。バイア
ス／利得制御回路への別個の外部ポートがバイアスの大
きさを調節し、増幅器の利得および電力出力の調整を可
能にする。発振器をオン／オフすることによって、増幅
器の高速バースト・モード動作が達成される。
シックＲＦ増幅回路を提供する。 【解決手段】 ＲＦ増幅回路は、チップ上に、増幅器の
入力周波数の約２〜５倍以上で動作し、整流器とロー・
パス・フィルタとに結合され、増幅段（例えば、ＧａＡ
ｓＦＥＴ）のバイアス／利得入力に、バイアス／利得制
御回路を介して供給されるＤＣ信号を生成することによ
り、安全な動作を保証するゲート可能発振器と、バイア
スに応答する優先制御回路とを含む。優先制御回路は、
バイアスがそのバイアス／利得入力上にあるときのみ、
増幅段を電源に結合する電力スイッチを動作させること
によって、増幅段を過剰電流動作から保護する。バイア
ス／利得制御回路への別個の外部ポートがバイアスの大
きさを調節し、増幅器の利得および電力出力の調整を可
能にする。発振器をオン／オフすることによって、増幅
器の高速バースト・モード動作が達成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高周波増幅器およ
びかかる増幅器の制御手段に関し、特に集積回路（Ｉ
Ｃ）形態の高周波増幅器およびその制御手段に関するも
のである。
びかかる増幅器の制御手段に関し、特に集積回路（Ｉ
Ｃ）形態の高周波増幅器およびその制御手段に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）および
その他の半導体素子は、高周波増幅器として多用されて
いる。かかる用途に適した半導体素子材料の一例をあげ
ると、例えば、ＧａＡｓのようなＩＩＩ−Ｖ族半導体材
料があるが、これに限定する意図ではない。ＦＥＴを含
む様々なタイプの半導体素子は、この半導体材料または
その他の半導体材料で構成することができる。他の半導
体素子の例には、ＭＥＳＦＥＴ、ＨＥＭＴ、ＰＨＥＭ
Ｔ、ＭＯＳＦＥＴ、ＪＦＥＴおよびバイポーラ素子があ
る。
その他の半導体素子は、高周波増幅器として多用されて
いる。かかる用途に適した半導体素子材料の一例をあげ
ると、例えば、ＧａＡｓのようなＩＩＩ−Ｖ族半導体材
料があるが、これに限定する意図ではない。ＦＥＴを含
む様々なタイプの半導体素子は、この半導体材料または
その他の半導体材料で構成することができる。他の半導
体素子の例には、ＭＥＳＦＥＴ、ＨＥＭＴ、ＰＨＥＭ
Ｔ、ＭＯＳＦＥＴ、ＪＦＥＴおよびバイポーラ素子があ
る。
【０００３】ＦＥＴでは、かかる素子がデプレション・
モード素子(depletion mode device) である場合が多
い。即ち、バイアスが印加されていない状態で導通状態
即ち「オン」状態となり、それらのコンダクタンスを制
御し、オフにするためには、その制御端子にバイアスを
印加しなければならない。デプレション・モード素子を
線形または疑似線形増幅器として動作させる場合、特に
最大ドレイン振幅(fulldrain swing)を必要とする場
合、通常制御端子にバイアスを供給して適正な動作を保
証する必要がある。更に別の難点は、電力供給のために
所与の極性（例えば、正）の電圧を素子に印加する場
合、適正な動作のために必要な制御バイアスは反対極性
（例えば、負）としなければならない場合が多いことで
ある。したがって、主回路電源とは逆の極性を有する制
御端子バイアス電源を設ける必要性が頻繁に生じる。か
かる増幅器の構成および動作を記載する際の説明に便宜
を図るために、主回路電源を正とし、バイアス電源を負
と仮定する。しかしながら、これは限定を意図するもの
ではない。当業者は、主回路電源およびバイアス電源の
極性は、採用する素子のタイプに応じて、他の選択も可
能であることを認めよう。携帯用機器に適用する際、多
くの場合単一電源で動作することが望ましい。この状況
で、主回路電源を正としバイアス電源を負とする場合、
負バイアス電位は正電位から発生しなければならない。
モード素子(depletion mode device) である場合が多
い。即ち、バイアスが印加されていない状態で導通状態
即ち「オン」状態となり、それらのコンダクタンスを制
御し、オフにするためには、その制御端子にバイアスを
印加しなければならない。デプレション・モード素子を
線形または疑似線形増幅器として動作させる場合、特に
最大ドレイン振幅(fulldrain swing)を必要とする場
合、通常制御端子にバイアスを供給して適正な動作を保
証する必要がある。更に別の難点は、電力供給のために
所与の極性（例えば、正）の電圧を素子に印加する場
合、適正な動作のために必要な制御バイアスは反対極性
（例えば、負）としなければならない場合が多いことで
ある。したがって、主回路電源とは逆の極性を有する制
御端子バイアス電源を設ける必要性が頻繁に生じる。か
かる増幅器の構成および動作を記載する際の説明に便宜
を図るために、主回路電源を正とし、バイアス電源を負
と仮定する。しかしながら、これは限定を意図するもの
ではない。当業者は、主回路電源およびバイアス電源の
極性は、採用する素子のタイプに応じて、他の選択も可
能であることを認めよう。携帯用機器に適用する際、多
くの場合単一電源で動作することが望ましい。この状況
で、主回路電源を正としバイアス電源を負とする場合、
負バイアス電位は正電位から発生しなければならない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来技術では、チャー
ジ・ポンプ・システムまたは発振器および整流器による
構成を用いて負の出力を生成することによって、以前か
らこれを行ってきた。しかしながら、これら従来技術の
チャージ・ポンプまたは発振器−整流器による電源は比
較的嵩ばるため、特に増幅器自体と同じ集積回路または
他のモノリシック構造体上に集積するのは困難または不
可能であった。したがって、かかる高周波増幅器制御の
ための改良された負バイアス電源が引続き必要とされて
いる。
ジ・ポンプ・システムまたは発振器および整流器による
構成を用いて負の出力を生成することによって、以前か
らこれを行ってきた。しかしながら、これら従来技術の
チャージ・ポンプまたは発振器−整流器による電源は比
較的嵩ばるため、特に増幅器自体と同じ集積回路または
他のモノリシック構造体上に集積するのは困難または不
可能であった。したがって、かかる高周波増幅器制御の
ための改良された負バイアス電源が引続き必要とされて
いる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は高周波数帯に適
したモノリシックＲＦ増幅回路を提供する。このＲＦ増
幅回路は、チップ上に、増幅器の入力周波数の約２〜５
倍以上で動作し、整流器とロー・パス・フィルタとに結
合され、増幅段（例えば、ＧａＡｓＦＥＴ）のバイアス
／利得入力に、バイアス／利得制御回路を介して供給さ
れるＤＣ信号を生成することにより、安全な動作を保証
するゲート可能発振器と、バイアスに応答する優先制御
回路とを含む。優先制御回路は、バイアスがそのバイア
ス／利得入力上にあるときのみ、増幅段を電源に結合す
る電力スイッチを動作させることによって、増幅段を過
剰電流動作から保護する。バイアス／利得制御回路への
別個の外部ポートがバイアスの大きさを調節し、増幅器
の利得および電力出力の調整を可能にする。発振器をオ
ン／オフすることによって、増幅器の高速バースト・モ
ード動作が達成される。
したモノリシックＲＦ増幅回路を提供する。このＲＦ増
幅回路は、チップ上に、増幅器の入力周波数の約２〜５
倍以上で動作し、整流器とロー・パス・フィルタとに結
合され、増幅段（例えば、ＧａＡｓＦＥＴ）のバイアス
／利得入力に、バイアス／利得制御回路を介して供給さ
れるＤＣ信号を生成することにより、安全な動作を保証
するゲート可能発振器と、バイアスに応答する優先制御
回路とを含む。優先制御回路は、バイアスがそのバイア
ス／利得入力上にあるときのみ、増幅段を電源に結合す
る電力スイッチを動作させることによって、増幅段を過
剰電流動作から保護する。バイアス／利得制御回路への
別個の外部ポートがバイアスの大きさを調節し、増幅器
の利得および電力出力の調整を可能にする。発振器をオ
ン／オフすることによって、増幅器の高速バースト・モ
ード動作が達成される。
【０００６】
【発明の実施の形態】図１は、本発明による集積可能高
周波増幅器１２の増幅回路１０の簡略回路構成図であ
り、増幅回路１０は、内部バイアスおよび制御回路１４
と、電源スイッチ１８に結合された増幅素子１６とを含
む。破線の外枠線１２’は、単一半導体マイクロ・チッ
プに都合良く集積することができ、集積増幅器１２を構
成可能な素子を包囲する。破線の外枠線１２’内にある
素子は、特に、単一マイクロ回路（ＩＣ）チップまたは
モノリシック・マイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）内に設
けるのに適しているが、これは本発明にとっては本質的
なことではなく、これらを構造体(assembly)として形成
することも可能である。
周波増幅器１２の増幅回路１０の簡略回路構成図であ
り、増幅回路１０は、内部バイアスおよび制御回路１４
と、電源スイッチ１８に結合された増幅素子１６とを含
む。破線の外枠線１２’は、単一半導体マイクロ・チッ
プに都合良く集積することができ、集積増幅器１２を構
成可能な素子を包囲する。破線の外枠線１２’内にある
素子は、特に、単一マイクロ回路（ＩＣ）チップまたは
モノリシック・マイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）内に設
けるのに適しているが、これは本発明にとっては本質的
なことではなく、これらを構造体(assembly)として形成
することも可能である。
【０００７】増幅回路１０はＲＦ入力２０を有し、これ
を通じて、通過帯域Δｆの増幅素子１６によって増幅す
る対象の、周波数がｆi のＲＦ信号が供給される。携帯
用セルラ電話機およびその他の移動通信装置では、ｆi
は典型的に０．８ないし２ＧＨｚの範囲またはそれより
高い。増幅回路１０はＥＮＡＢＬＥ入力２２を有し、こ
の入力２２は、例えば、発振器２４をオンおよびオフに
切り換えるというような高周波発振器２４の動作の制御
や、優先制御回路４２の制御を行う。発振器２４は、例
えば、電池のような電源に結合された端子２１を通じて
電力を受ける。発振器２４は、高周波数、特に、例え
ば、少なくともｆi の２ないし５倍の範囲にある、ｆi
よりも大幅に高い周波数において動作することが望まし
い。好適実施例では、０．８＜ｆi ＜２ＧＨｚであり、
発振器は約３ないし４ＧＨｚまたはそれ以上で動作す
る。発振器２４をかかる高周波数で動作させるのが重要
なのは、発振器２４、整流器３０およびロー・パス・フ
ィルタ３４を構成するために非常に小型の素子が使用可
能となるからである。更に別の利点は、発振器２４から
の疑性信号(spurious signals)がキャリアｆi から離れ
るので、システム全体において疑性信号の濾波が容易と
なることである。したがって、発振器の疑性信号とｆi
との相互変調生成物(intermodulationproduct)および高
調波がシステムの帯域に侵入する可能性は大きく低下す
る。回路の構成に、集積回路形態に容易に製造でき、典
型的なＩＣまたはＭＭＩＣ構造に通常見られる、物理的
サイズが小さい素子を使用可能であることは重要であ
る。この周波数範囲では、接続ワイヤ(bonding wire)は
誘導性リアクタンスとして用いるのに十分なインダクタ
ンスを有する。例えば、図２の接合ワイヤ２７は、外部
に誘導性素子を全く必要とせずに、発振器２４の調整用
インダクタとして作用する。また、非常に値が小さな容
量が使用可能なので、少量のチップ面積を使用すれば容
易に製造することができる。また、発振器はｆi よりも
かなり低い周波数でも動作が可能である。このような場
合、特に、回路が構成が５ＧＨｚより高いときには、発
振周波数は、要求される時点に発振器をオンおよびオフ
に切り替えられるように、十分高くなければならない。
を通じて、通過帯域Δｆの増幅素子１６によって増幅す
る対象の、周波数がｆi のＲＦ信号が供給される。携帯
用セルラ電話機およびその他の移動通信装置では、ｆi
は典型的に０．８ないし２ＧＨｚの範囲またはそれより
高い。増幅回路１０はＥＮＡＢＬＥ入力２２を有し、こ
の入力２２は、例えば、発振器２４をオンおよびオフに
切り換えるというような高周波発振器２４の動作の制御
や、優先制御回路４２の制御を行う。発振器２４は、例
えば、電池のような電源に結合された端子２１を通じて
電力を受ける。発振器２４は、高周波数、特に、例え
ば、少なくともｆi の２ないし５倍の範囲にある、ｆi
よりも大幅に高い周波数において動作することが望まし
い。好適実施例では、０．８＜ｆi ＜２ＧＨｚであり、
発振器は約３ないし４ＧＨｚまたはそれ以上で動作す
る。発振器２４をかかる高周波数で動作させるのが重要
なのは、発振器２４、整流器３０およびロー・パス・フ
ィルタ３４を構成するために非常に小型の素子が使用可
能となるからである。更に別の利点は、発振器２４から
の疑性信号(spurious signals)がキャリアｆi から離れ
るので、システム全体において疑性信号の濾波が容易と
なることである。したがって、発振器の疑性信号とｆi
との相互変調生成物(intermodulationproduct)および高
調波がシステムの帯域に侵入する可能性は大きく低下す
る。回路の構成に、集積回路形態に容易に製造でき、典
型的なＩＣまたはＭＭＩＣ構造に通常見られる、物理的
サイズが小さい素子を使用可能であることは重要であ
る。この周波数範囲では、接続ワイヤ(bonding wire)は
誘導性リアクタンスとして用いるのに十分なインダクタ
ンスを有する。例えば、図２の接合ワイヤ２７は、外部
に誘導性素子を全く必要とせずに、発振器２４の調整用
インダクタとして作用する。また、非常に値が小さな容
量が使用可能なので、少量のチップ面積を使用すれば容
易に製造することができる。また、発振器はｆi よりも
かなり低い周波数でも動作が可能である。このような場
合、特に、回路が構成が５ＧＨｚより高いときには、発
振周波数は、要求される時点に発振器をオンおよびオフ
に切り替えられるように、十分高くなければならない。
【０００８】加えて、発振器は、例えば、端子２１を適
当な一致回路を介して入力２０に接続することによって
入力信号にリンクされたばあい、正確に周波数ｆi で動
作することも可能である。この場合、発振器はｆi に同
期し、即ち、単にバッファとして作用し、入来するＲＦ
キャリアを増幅する。入力信号の振幅(swing) が十分に
大きい場合、発振器（２４）をバイアスしないことも可
能である。しかしながら、適切な動作のためには最少入
力電力がピン２０に必要である。これは、発振器が自走
状態にある場合（ｆｏｓｃ≠ｆi ）は必要ない。発振器
２４の出力２８は整流器３０に供給される。整流器３０
は２段半波整流器であり、整流器３０の出力３２上に負
電圧が現れ、例えば、端子２１の＋３．６ＶＤＣ電源か
ら−６ＶＤＣを発生するように、ダイオードの極性を配
置すると好都合である。所望の極性の電圧が出力３２に
現れるのであれば、他の整流構成も使用可能である。出
力３２はロー・パス・フィルタ３４に結合され、発振器
２４および整流器３０からの残留高周波数信号成分はこ
こで従来のように除去される。ロー・パス・フィルタ３
４の負ＤＣ出力はノード３６に送出される。ノード３６
はオプションの出力端子３８に結合され、ここに発振器
２４、整流器３０およびフィルタ３４によって生成され
た負電圧が現われ、システム（図示せず）全体の他の部
分において使用可能となる。
当な一致回路を介して入力２０に接続することによって
入力信号にリンクされたばあい、正確に周波数ｆi で動
作することも可能である。この場合、発振器はｆi に同
期し、即ち、単にバッファとして作用し、入来するＲＦ
キャリアを増幅する。入力信号の振幅(swing) が十分に
大きい場合、発振器（２４）をバイアスしないことも可
能である。しかしながら、適切な動作のためには最少入
力電力がピン２０に必要である。これは、発振器が自走
状態にある場合（ｆｏｓｃ≠ｆi ）は必要ない。発振器
２４の出力２８は整流器３０に供給される。整流器３０
は２段半波整流器であり、整流器３０の出力３２上に負
電圧が現れ、例えば、端子２１の＋３．６ＶＤＣ電源か
ら−６ＶＤＣを発生するように、ダイオードの極性を配
置すると好都合である。所望の極性の電圧が出力３２に
現れるのであれば、他の整流構成も使用可能である。出
力３２はロー・パス・フィルタ３４に結合され、発振器
２４および整流器３０からの残留高周波数信号成分はこ
こで従来のように除去される。ロー・パス・フィルタ３
４の負ＤＣ出力はノード３６に送出される。ノード３６
はオプションの出力端子３８に結合され、ここに発振器
２４、整流器３０およびフィルタ３４によって生成され
た負電圧が現われ、システム（図示せず）全体の他の部
分において使用可能となる。
【０００９】ノード３６は、優先制御回路４２の入力４
０およびバイアス／利得制御回路４６の入力４４に結合
されている。優先制御回路４２の出力４８は、電源スイ
ッチ１８の制御入力５０に結合されている。バイアス／
利得制御回路４６の出力５２はノード５４に結合されて
おり、一方ノード５４は増幅素子１６の増幅段６０，６
２のバイアス／利得入力５６，５８に結合されている。
０およびバイアス／利得制御回路４６の入力４４に結合
されている。優先制御回路４２の出力４８は、電源スイ
ッチ１８の制御入力５０に結合されている。バイアス／
利得制御回路４６の出力５２はノード５４に結合されて
おり、一方ノード５４は増幅素子１６の増幅段６０，６
２のバイアス／利得入力５６，５８に結合されている。
【００１０】増幅素子１６は、２つの直列結合された増
幅段６０，６２から成るものとして示されているが、こ
れは単に例示の目的のためであり、増幅素子１６はこれ
以上または以下の増幅段も有することができ、更に、直
列結合またはフィードバック増幅段あるいはその組み合
わせを採用することもでき、集積増幅器１２の他の素子
と適合性のあるいずれかの好都合なタイプのものとする
こともできる。増幅素子１６の入力６４はＲＦ入力２０
に結合され、増幅された形状の信号ｆi は出力６６に現
れる。増幅段６０，６２は、例えばＦＥＴが使用される
場合、接地されたソースまたは接地されたゲート段とす
ることができる。高周波増幅に有用な他の構成および素
子のタイプも使用可能である。増幅段６０，６２は、単
一素子または多数の素子、あるいはその組み合わせで構
成することができる。バイアス／利得入力５６，５８は
素子または素子群７１，７２（図２）の適切な入力端子
に結合され、電源スイッチ１８を介して電源に結合され
たときに、増幅素子１６が過剰な電流を搬送するのを防
止する。
幅段６０，６２から成るものとして示されているが、こ
れは単に例示の目的のためであり、増幅素子１６はこれ
以上または以下の増幅段も有することができ、更に、直
列結合またはフィードバック増幅段あるいはその組み合
わせを採用することもでき、集積増幅器１２の他の素子
と適合性のあるいずれかの好都合なタイプのものとする
こともできる。増幅素子１６の入力６４はＲＦ入力２０
に結合され、増幅された形状の信号ｆi は出力６６に現
れる。増幅段６０，６２は、例えばＦＥＴが使用される
場合、接地されたソースまたは接地されたゲート段とす
ることができる。高周波増幅に有用な他の構成および素
子のタイプも使用可能である。増幅段６０，６２は、単
一素子または多数の素子、あるいはその組み合わせで構
成することができる。バイアス／利得入力５６，５８は
素子または素子群７１，７２（図２）の適切な入力端子
に結合され、電源スイッチ１８を介して電源に結合され
たときに、増幅素子１６が過剰な電流を搬送するのを防
止する。
【００１１】優先制御回路４２の機能は、電力スイッチ
１８が閉じないことによって、バイアス／利得制御回路
４６がバイアスを増幅段６０，６２のバイアス／利得入
力５６，５８に印加した後まで増幅素子１６を電池Ｖｂ
に結合し、かかるバイアスが除去される前に電源スイッ
チ１８を開くのを保証することである。これによって、
制御されない（例えば、無バイアス）動作に伴う電気的
および熱的応力から、増幅段６０，６２を確実に保護す
る。これは多数の方法によって達成可能であり、例えば
（図２参照）、論理機能を２つのＦＥＴで実現し、適切
な負バイアスがノード３６にあり、ＥＮＡＢＬＥ端子２
２が正のときにのみ、出力信号を電力スイッチ１８に供
給する。こうして、増幅素子１６が過剰な電流を搬送す
るのを防止する。
１８が閉じないことによって、バイアス／利得制御回路
４６がバイアスを増幅段６０，６２のバイアス／利得入
力５６，５８に印加した後まで増幅素子１６を電池Ｖｂ
に結合し、かかるバイアスが除去される前に電源スイッ
チ１８を開くのを保証することである。これによって、
制御されない（例えば、無バイアス）動作に伴う電気的
および熱的応力から、増幅段６０，６２を確実に保護す
る。これは多数の方法によって達成可能であり、例えば
（図２参照）、論理機能を２つのＦＥＴで実現し、適切
な負バイアスがノード３６にあり、ＥＮＡＢＬＥ端子２
２が正のときにのみ、出力信号を電力スイッチ１８に供
給する。こうして、増幅素子１６が過剰な電流を搬送す
るのを防止する。
【００１２】電源スイッチ１８は、端子２６に現れる電
源Ｖｂを増幅素子１６に結合および切断可能な素子であ
れば、いずれかの好都合な種類のものとすることができ
る。電源スイッチ１８は、その機能が増幅素子１６に対
して電源電位の印加および除去を行うことであるので、
非常に速い素子とする必要はない。これは、増幅される
周波数ｆi では動作しないが、通常、ＥＮＡＢＬＥ入力
２２に供給される信号によって増幅器１２がオンおよび
オフされるレートに対応する、かなり遅いレートで動作
する。増幅素子１６がＮ−チャネル・デプレション・モ
ードＦＥＴで形成される場合、電源スイッチ１８は、例
えばＰＭＯＳ素子のようなＰ−チャネルＦＥＴとすると
好都合であるが、例えば、ＰＮＰバイポーラやＮ−チャ
ネルの通常はオフであるデプレションＭＥＳＦＥＴ(N-c
hannel normally-OFF-depletionMESFET) のような他の
種類の素子も使用可能である。増幅器１２を製造するた
めに使用するＩＣ製造技術が、同一構造内または同一構
造上に逆のタイプの素子（例えば、Ｐ−ｃおよびＮ−チ
ャネル、またはＰＮＰおよびＮＰＮ、あるいはその組み
合わせ等）の製造を可能とする場合、電源スイッチ１８
も増幅器１２内に集積可能であるが、これは必須ではな
い。
源Ｖｂを増幅素子１６に結合および切断可能な素子であ
れば、いずれかの好都合な種類のものとすることができ
る。電源スイッチ１８は、その機能が増幅素子１６に対
して電源電位の印加および除去を行うことであるので、
非常に速い素子とする必要はない。これは、増幅される
周波数ｆi では動作しないが、通常、ＥＮＡＢＬＥ入力
２２に供給される信号によって増幅器１２がオンおよび
オフされるレートに対応する、かなり遅いレートで動作
する。増幅素子１６がＮ−チャネル・デプレション・モ
ードＦＥＴで形成される場合、電源スイッチ１８は、例
えばＰＭＯＳ素子のようなＰ−チャネルＦＥＴとすると
好都合であるが、例えば、ＰＮＰバイポーラやＮ−チャ
ネルの通常はオフであるデプレションＭＥＳＦＥＴ(N-c
hannel normally-OFF-depletionMESFET) のような他の
種類の素子も使用可能である。増幅器１２を製造するた
めに使用するＩＣ製造技術が、同一構造内または同一構
造上に逆のタイプの素子（例えば、Ｐ−ｃおよびＮ−チ
ャネル、またはＰＮＰおよびＮＰＮ、あるいはその組み
合わせ等）の製造を可能とする場合、電源スイッチ１８
も増幅器１２内に集積可能であるが、これは必須ではな
い。
【００１３】超高周波発振器２４を利用する本発明の他
の利点は、ＥＮＡＢＬＥ入力２２における信号変化が、
増幅器１２の出力に非常に速い変化として生じることで
あるが、その理由は、ＥＮＡＢＬＥ入力２２から適切な
信号を除去することによって発振器２４を遮断する効果
が優先制御回路４２に反映され、それによって電源スイ
ッチ１８がオフするまでに、発振器２４の数サイクルを
要するに過ぎないからである。例えば、本発明の増幅器
１２は、１００ｋＨｚのチャージ・ポンプを採用してそ
の負バイアス電圧を発生する典型的な従来技術の増幅器
の２００ミリ秒と比較して、１マイクロ秒未満の内にオ
ンまたはオフすることができる。これは、非常に短いバ
ースト送信の間だけＲＦ電力増幅器をオンにし、残りの
時間はオフにすることによって電力を保存することが望
ましい、携帯用通信システムにおいては大きな利点であ
る。従来技術のかなり遅いリアクティング・システム(r
eactingsystem)では、ターン・オン、ターン・オフがか
なり長く、この期間に更に大量の電力が浪費されること
になる。
の利点は、ＥＮＡＢＬＥ入力２２における信号変化が、
増幅器１２の出力に非常に速い変化として生じることで
あるが、その理由は、ＥＮＡＢＬＥ入力２２から適切な
信号を除去することによって発振器２４を遮断する効果
が優先制御回路４２に反映され、それによって電源スイ
ッチ１８がオフするまでに、発振器２４の数サイクルを
要するに過ぎないからである。例えば、本発明の増幅器
１２は、１００ｋＨｚのチャージ・ポンプを採用してそ
の負バイアス電圧を発生する典型的な従来技術の増幅器
の２００ミリ秒と比較して、１マイクロ秒未満の内にオ
ンまたはオフすることができる。これは、非常に短いバ
ースト送信の間だけＲＦ電力増幅器をオンにし、残りの
時間はオフにすることによって電力を保存することが望
ましい、携帯用通信システムにおいては大きな利点であ
る。従来技術のかなり遅いリアクティング・システム(r
eactingsystem)では、ターン・オン、ターン・オフがか
なり長く、この期間に更に大量の電力が浪費されること
になる。
【００１４】１００ｋＨｚのチャージ・ポンプを用いる
従来技術の技法と比較して、超高周波発振器２４（即
ち、２ないし５ｘｆi 、例えば、＞３ＧＨｚ、好ましく
は約４ＧＨｚ以上）を利用する本発明の更に別の利点
は、線３２上のＤＣ電位に残留するリップル(ripple)が
小さく、比較的容易に除去可能なことである。また、多
少残っても、増幅素子１６において生成される変調生成
物(modulation products)は、ｆi からは十分遠いの
で、増幅素子１６の通過帯以内には入らない。したがっ
て、電気的に非常にきれいな出力が増幅器１２によって
得られる。ｆｏｓｃ＝ｆi の場合、ＲＦキャリア自体が
負電圧発生に用いられるので、スプール(spur)が全く発
生しないため、状況はより単純となる。
従来技術の技法と比較して、超高周波発振器２４（即
ち、２ないし５ｘｆi 、例えば、＞３ＧＨｚ、好ましく
は約４ＧＨｚ以上）を利用する本発明の更に別の利点
は、線３２上のＤＣ電位に残留するリップル(ripple)が
小さく、比較的容易に除去可能なことである。また、多
少残っても、増幅素子１６において生成される変調生成
物(modulation products)は、ｆi からは十分遠いの
で、増幅素子１６の通過帯以内には入らない。したがっ
て、電気的に非常にきれいな出力が増幅器１２によって
得られる。ｆｏｓｃ＝ｆi の場合、ＲＦキャリア自体が
負電圧発生に用いられるので、スプール(spur)が全く発
生しないため、状況はより単純となる。
【００１５】したがって、ｆｏｓｃの選択は次の点に関
連付けられる。即ち、増幅器の入力電力（ピン２０にお
ける）が一定または少なくとも所与の最少値より大きい
場合、ｆｏｓｃ＝ｆi を使用するとスプールのない解決
策を得ることができる。一方、入力電力が広い範囲にわ
たって変動する場合（エンベロープが一定でない線形変
調について）、ｆｏｓｃ≠ｆi を選択し、発振器を自走
状態とする。バイアス／利得制御回路４６の機能は、例
えば、ノード３６に現れる生のＤＣ電圧(raw DC voltag
e)を取り込み、増幅段６０，６２のＦＥＴのスレシホル
ド変動を補償し、これを増幅素子１６の入力５６，５８
に印加することである。例えば、バイアス／利得制御回
路４６は、端子６８に印加される制御信号（例えば、０
ないし＋２．７ボルト）が、ノード５４に印加されるバ
イアスを変動させ、増幅器６０，６２の動作点を、例え
ば、約−５ないし−２．３ボルトの範囲に設定し、それ
らの利得および動作、したがってそれらの電力出力を制
御することができる。
連付けられる。即ち、増幅器の入力電力（ピン２０にお
ける）が一定または少なくとも所与の最少値より大きい
場合、ｆｏｓｃ＝ｆi を使用するとスプールのない解決
策を得ることができる。一方、入力電力が広い範囲にわ
たって変動する場合（エンベロープが一定でない線形変
調について）、ｆｏｓｃ≠ｆi を選択し、発振器を自走
状態とする。バイアス／利得制御回路４６の機能は、例
えば、ノード３６に現れる生のＤＣ電圧(raw DC voltag
e)を取り込み、増幅段６０，６２のＦＥＴのスレシホル
ド変動を補償し、これを増幅素子１６の入力５６，５８
に印加することである。例えば、バイアス／利得制御回
路４６は、端子６８に印加される制御信号（例えば、０
ないし＋２．７ボルト）が、ノード５４に印加されるバ
イアスを変動させ、増幅器６０，６２の動作点を、例え
ば、約−５ないし−２．３ボルトの範囲に設定し、それ
らの利得および動作、したがってそれらの電力出力を制
御することができる。
【００１６】これは、基地局において測定される携帯装
置の信号強度に応じて携帯装置のＲＦ出力電力を監視し
調節する、セルラ無線機に適用する場合に重要である。
これによって、携帯装置における電力保存および隣接す
るセルとの干渉の減少が図られる。バイアス／利得制御
回路４６を実施する好適な手段を図２に示す。この図で
は、整流器３０からの負ＤＣ電圧がノード３６に現れる
場合のみデプレション型ＦＥＴ４１が電流源として動作
し、ＦＥＴ４１および抵抗４７は外部ポート６８に印加
された電圧変動を、増幅段６０，６２のバイアス入力で
あるノード５４に線形に入力する。
置の信号強度に応じて携帯装置のＲＦ出力電力を監視し
調節する、セルラ無線機に適用する場合に重要である。
これによって、携帯装置における電力保存および隣接す
るセルとの干渉の減少が図られる。バイアス／利得制御
回路４６を実施する好適な手段を図２に示す。この図で
は、整流器３０からの負ＤＣ電圧がノード３６に現れる
場合のみデプレション型ＦＥＴ４１が電流源として動作
し、ＦＥＴ４１および抵抗４７は外部ポート６８に印加
された電圧変動を、増幅段６０，６２のバイアス入力で
あるノード５４に線形に入力する。
【００１７】図２の好適実施例において、トランジスタ
４１，７０，７２，７２はデプレション型ＦＥＴであ
り、トランジスタ８０，８１はエンハンスメント型ＦＥ
Ｔであり、図示するその他の素子は従来の記号で表現さ
れている。破線の外枠１２’は、モノリシック半導体チ
ップ内に都合良く集積される増幅器１２の素子を示し、
破線の外枠１２”は、素子パッケージに実装した後の増
幅器１２を示す。
４１，７０，７２，７２はデプレション型ＦＥＴであ
り、トランジスタ８０，８１はエンハンスメント型ＦＥ
Ｔであり、図示するその他の素子は従来の記号で表現さ
れている。破線の外枠１２’は、モノリシック半導体チ
ップ内に都合良く集積される増幅器１２の素子を示し、
破線の外枠１２”は、素子パッケージに実装した後の増
幅器１２を示す。
【００１８】更に、他の構成を用いて同一結果を得るこ
とも可能である。例えば、限定を意図するのではない
が、バイアス／利得制御回路４６および優先制御回路４
２の間にオプションの線５５（図１において破線で示
す）を設けると、優先制御回路４２がノード５２に現れ
る電圧を直接測定可能となる。
とも可能である。例えば、限定を意図するのではない
が、バイアス／利得制御回路４６および優先制御回路４
２の間にオプションの線５５（図１において破線で示
す）を設けると、優先制御回路４２がノード５２に現れ
る電圧を直接測定可能となる。
【００１９】以上本発明について説明したが、本発明
は、容易に集積可能であり、超小型に作ることができ、
これまで得られたものよりも大幅に高速な応答時間を与
え、デプレション・モード素子に本質的な保護を設けて
過剰負荷を防止し、負バイアスの供給に起因する疑性変
調が殆どない出力を供給し、外部素子を殆ど必要とせ
ず、可変電力動作を可能にし、バースト・モード通信を
採用する通信システムにおいて全体的な電力消費の減少
を可能にする、ＲＦ増幅器ならびにバイアスおよび制御
回路を提供することは、当業者には明白であろう。
は、容易に集積可能であり、超小型に作ることができ、
これまで得られたものよりも大幅に高速な応答時間を与
え、デプレション・モード素子に本質的な保護を設けて
過剰負荷を防止し、負バイアスの供給に起因する疑性変
調が殆どない出力を供給し、外部素子を殆ど必要とせ
ず、可変電力動作を可能にし、バースト・モード通信を
採用する通信システムにおいて全体的な電力消費の減少
を可能にする、ＲＦ増幅器ならびにバイアスおよび制御
回路を提供することは、当業者には明白であろう。
【図１】本発明による、内部バイアスおよび制御回路を
有する高周波増幅器の回路構成図。
有する高周波増幅器の回路構成図。
【図２】図１の増幅器を更に詳細に示す図。
１０ 増幅回路 １２ 集積可能高周波増幅器 １４ 内部バイアスおよび制御回路 １６ 増幅素子 １８ 電源スイッチ ２０ ＲＦ入力 ２２ ＥＮＡＢＬＥ入力 ２４ 高周波発振器 ２７ 接合ワイヤ ３０ 整流器 ３４ ロー・パス・フィルタ ４１，７０，７２，７２ トランジスタ ４２ 優先制御回路 ４６ バイアス／利得制御回路 ５０ 制御入力 ５６，５８ バイアス／利得入力 ６０，６２ 増幅段 ８０，８１ トランジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドミニク・ブルネル フランス国トゥルース31400、ル・セン ト・ラク26 (72)発明者 ジャクエ・リシェ フランス国ルセウ31270、ル・ジーン−ジ ャクエ14
Claims (8)
- 【請求項１】増幅回路（１０）であって：ＤＣ信号源；
バイアスを用いて所定の動作を行う増幅段（６０，６
２）；前記ＤＣ信号を受信し、前記増幅段（６０，６
２）に前記バイアスを供給するバイアス／利得制御回路
（４６）；および前記ＤＣ信号源に結合され、前記増幅
段（６０，６２）を電源端子（２６）に結合する電源ス
イッチ（１８）を、前記バイアスが供給されたときのみ
オンにする優先制御回路（４２）；から成ることを特徴
とする増幅回路（１０）。 - 【請求項２】前記増幅段（６０，６２）の利得は前記バ
イアス／利得制御回路により制御され、前記増幅器は更
に外部ポートを含み、これによって、前記増幅段（６
０，６２）のバイアスおよび利得が変化することを特徴
とする請求項１記載の増幅回路（１０）。 - 【請求項３】前記ＤＣ信号源は発振器（２４）と整流器
（３０）とから成り、前記発振器（２４）は前記増幅段
（６０，６２）の動作周波数の約２倍以上の周波数で動
作することを特徴とする請求項１記載の増幅回路（１
０）。 - 【請求項４】前記ＤＣ信号源は発振器（２４）を含み、
前記増幅器は公称動作周波数ｆi と通過帯Δｆとを有
し、前記発振器はｆiよりも高いまたは低い周波数ｆoで
動作し、ｆiとｆoとから生じる無視できない相互変調生
成物が前記増幅器の通過帯Δｆ内に現れないことを特徴
とする請求項１記載の増幅回路（１０）。 - 【請求項５】前記ＤＣ信号源は発振器（２４）を含み、
前記増幅器は公称動作周波数ｆi と通過帯Δｆとを有
し、前記発振器は、前記公称動作周波数ｆi とほぼ等し
い周波数ｆo で動作することを特徴とする請求項１記載
の増幅器（１０）。 - 【請求項６】前記増幅段（６０，６２）は、１つ以上の
通常はオンであるデプレション・モード半導体素子を含
むことを特徴とする請求項１記載の増幅回路（１０）。 - 【請求項７】前記１つ以上の半導体素子は、Ｎ−チャネ
ルＧａＡｓＦＥＴより成ることを特徴とする請求項６記
載の増幅回路（１０）。 - 【請求項８】電源（Ｖｂ）と電源スイッチ（１８）とに
結合されたときに周波数ｆi を増幅する半導体増幅器
（１２”）であって：バイアスを用いてｆi を増幅し所
定の動作を行う増幅段（６０，６２）；ｆi よりも約２
倍高い周波数で動作し、整流器（３０）に結合されてＤ
Ｃ信号を生成する発振器（２４）；前記ＤＣ信号を受信
し、前記バイアスを前記増幅段（６０，６２）に供給す
るバイアス／利得制御回路（４６）；および前記発振器
および前記整流器（３０）に結合された優先制御回路
（４２）であって、前記増幅段（６０，６２）を前記電
源（Ｖｂ）に結合する前記電源スイッチ（１８）が、前
記バイアスが供給されたときにのみオンとなるように動
作する前記優先制御回路（４２）；から成ることを特徴
とする増幅器（１２”）。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9601392 | 1996-02-06 | ||
| FR9601392A FR2744578B1 (fr) | 1996-02-06 | 1996-02-06 | Amlificateur hautes frequences |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09232875A true JPH09232875A (ja) | 1997-09-05 |
| JP3901780B2 JP3901780B2 (ja) | 2007-04-04 |
Family
ID=9488867
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03439997A Expired - Lifetime JP3901780B2 (ja) | 1996-02-06 | 1997-02-03 | 高周波増幅器 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5874860A (ja) |
| EP (1) | EP0789451B1 (ja) |
| JP (1) | JP3901780B2 (ja) |
| DE (1) | DE69714881T2 (ja) |
| FR (1) | FR2744578B1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2012016027A (ja) * | 2000-03-04 | 2012-01-19 | Qualcomm Inc | 通信システムのための送信機のアーキテクチャ |
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|---|---|---|---|---|
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