JPH10290129A

JPH10290129A - 高周波増幅器

Info

Publication number: JPH10290129A
Application number: JP9410097A
Authority: JP
Inventors: Masami Abe; 雅美阿部
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-04-11
Filing date: 1997-04-11
Publication date: 1998-10-27

Abstract

(57)【要約】【課題】携帯電話機などが備える高周波増幅器におい
て、簡単な構成でゲートバイアス電圧を適正に制御でき
るようにする。【解決手段】複数のエンハンスメント型電界効果トラ
ンジスタと複数の抵抗器とを組み合わせた構成とした高
周波電界効果トランジスタのゲートバイアス設定回路
と、高周波電界効果トランジスタの直流ドレイン電流を
測定する直流ドレイン電流測定手段と、この測定手段で
の測定値に基づいて複数のエンハンスメント型電界効果
トランジスタのスイッチングを制御する制御手段とを有
する構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば携帯電話機
などの無線通信機に適用して好適な高周波増幅器に関
し、特に高周波増幅器のバイアス信号の調整技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】携帯電話機などの無線通信機が備える高
周波増幅器に使用される電界効果トランジスタは、プロ
セスにおける制御性の限界により、ピンチオフ電圧Ｖpf
はばらつきを持つ。このピンチオフ電圧Ｖpfのばらつき
は、ドレインバイアス電流のばらつきとなり、結果とし
て高周波特性のばらつきを引き起こす。従って、ドレイ
ンバイアス電流をある所望の電流値となるようにゲート
ソース電圧Ｖgsを調整する必要がある。

【０００３】このドレインバイアス電流のばらつきを調
整する手段としては、例えば自己バイアス，帰還バイア
スなどのバイアス安定化回路が用いられる。これらの手
段は、小信号増幅器に有効な方法であるが、電力増幅器
のような大信号増幅器では、バイアス安定化回路を適用
することは困難である。即ち、電力増幅器のような大信
号増幅器は、大信号動作であるため、増幅器の入力レベ
ルにより直流ドレイン電流を変化させる場合があるが、
このような場合には対処できない。また、ドレイン回路
に抵抗を挿入すると、ドレイン電流が大きい場合に、そ
の抵抗でのドレイン−ソース間電圧が降下し、高い出力
電力を得ることができず、効率も低下する。

【０００４】従って、従来の電力増幅器のような大信号
増幅器では、ゲートソース電圧Ｖｇｓの調整を行うため
に、図５に示す回路や、図６に示す回路が適用されてい
た。図５の回路構成について説明すると、入力端子１に
得られる信号を、入力整合回路２を介して、増幅素子で
ある電界効果トランジスタＱ１のゲートに供給する。こ
のトランジスタＱ１のゲートには、ゲートソース電圧Ｖ
ｇｓの印加回路が接続してある。即ち、ゲートバイアス
電圧Ｖggが得られるゲートバイアス電圧入力端子３を、
抵抗器Ｒ１，Ｒ２と可変抵抗器ＶＲ１との直列回路を介
して接地し、抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒ２との接続中点を、
トランジスタＱ１のゲートに接続する。

【０００５】トランジスタＱ１のソースを接地し、ドレ
インを出力整合回路４を介して出力端子５に接続する。
ここで、トランジスタＱ１のドレインには、ドレインバ
イアス回路６が接続してある。このドレインバイアス回
路６は、所定の電源Ｂから得られる電圧Ｖddを、ドレイ
ン側に供給する回路で、ここではコイル及びコンデンサ
で構成される。ドレインバイアス回路６と電源Ｂとの間
には、ドレイン電流測定手段７が接続してあり、ドレイ
ン電流Ｉdsを測定する。

【０００６】かかる構成の増幅器は、ゲートバイアス電
圧Ｖggが抵抗器Ｒ１，Ｒ２，ＶＲ１で分圧されて、ゲー
トソース電圧ＶgsとしてトランジスタＱ１のゲートに供
給される。ここで、この回路でのゲートソース電圧Ｖgs
の調整としては、ドレイン電流測定手段７で測定される
ドレイン電流Ｉdsを調整者が判断しながら、可変抵抗器
ＶＲ１を手動で調整することで、適正なゲートソース電
圧Ｖgsとすることができる。このように手動で調整する
のは手間がかかるので、自動的に調整される回路とし
て、図６に示す回路が提案されている。

【０００７】図６の回路は、入力端子１から入力整合回
路２，電界効果トランジスタＱ１，出力整合回路４を介
して出力端子５までの構成は、図５の回路と同じであ
り、トランジスタＱ１のドレインにドレインバイアス回
路６が接続してある構成についても、図５の回路と同じ
である。但し、図６の回路の場合には、ドレイン電流測
定手段７で測定される電流値のデータが制御回路８に供
給されて、この制御回路８で判断される。

【０００８】この制御回路８はマイクロコンピュータな
どの演算手段で構成され、この制御回路８の制御でデジ
タル／アナログ変換器（ＤＡＣ）９の出力電圧が設定さ
れるようにしてあり、ドレイン電流測定手段７で測定さ
れる電流値に応じて、デジタル／アナログ変換器９の制
御を行う。デジタル／アナログ変換器９の出力電圧は、
端子９ａから抵抗器Ｒ３を介してトランジスタＱ１のゲ
ートに供給される。

【０００９】この図６の構成の回路の場合には、制御回
路８の制御でデジタル／アナログ変換器９の出力電圧を
任意の初期状態に設定して、ドレイン電流測定手段７で
測定される電流値のデータを制御回路８で判断して、そ
の判断した電流値から、所望のドレイン電流を得るゲー
ト電圧値を推定し、デジタル／アナログ変換器９の出力
レベルの制御を行う。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】図６に示す回路構成と
することで、自動的にゲート電圧値を適正な値に制御す
ることができるが、この図６の回路構成は制御のための
回路規模が大きく、構成が複雑である問題があった。即
ち、制御回路８が出力する制御データをアナログの電圧
レベルに変換するデジタル／アナログ変換器が必要であ
るが、このデジタル／アナログ変換器は制御回路８とは
別体の集積回路で構成する必要があり、回路規模が大き
く、増幅器が大型化すると共に、増幅器の消費電力が大
きくなる問題があり、また増幅器の製造コストが高くな
ってしまう。

【００１１】本発明はかかる点に鑑み、この種の高周波
増幅器において、簡単な構成でゲートバイアス電圧を適
正に制御できるようにすることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
めに本発明は、複数のエンハンスメント型電界効果トラ
ンジスタと複数の抵抗器とを組み合わせた構成とした高
周波増幅用電界効果トランジスタのゲートバイアス設定
回路と、高周波増幅用電界効果トランジスタの直流ドレ
イン電流を測定する直流ドレイン電流測定手段と、この
測定手段での測定値に基づいて複数のエンハンスメント
型電界効果トランジスタのスイッチングを制御する制御
手段とを有する構成としたものである。

【００１３】かかる構成とすることで、複数のエンハン
スメント型電界効果トランジスタの制御で、ゲートバイ
アス回路の抵抗器の接続状態が変化して、高周波増幅用
電界効果トランジスタに印加されるゲートバイアスが対
応した値となり、高周波増幅用電界効果トランジスタの
ゲートバイアスを適正なレベルに制御することができ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を、図１
〜図３を参照して説明する。

【００１５】本例においては、無線電話システム用の携
帯電話機に適用される高周波増幅器に適用したもので、
図１はその全体構成を示す。図１の回路を説明すると、
入力端子１１に得られる入力信号を、入力整合回路１２
を介して、増幅素子である電界効果トランジスタＱ１１
のゲートに供給する。この電界効果トランジスタＱ１１
は、高周波特性の優れた電界効果トランジスタが使用さ
れ、この高周波増幅用電界効果トランジスタＱ１１のゲ
ートには、後述するゲートソース電圧Ｖgsの印加回路を
構成する抵抗器Ｒ１１と抵抗器Ｒ１２の接続点が接続し
てある。

【００１６】そして、トランジスタＱ１１のソースを接
地し、ドレインを出力整合回路１３を介して出力端子１
４に接続する。ここで、トランジスタＱ１１のドレイン
には、ドレインバイアス回路１５が接続してある。この
ドレインバイアス回路１５は、所定の電源Ｂから得られ
る電圧Ｖddを、ドレイン側に供給する回路で、ここでは
コイル及びコンデンサで構成される。ドレインバイアス
回路１５と電源Ｂとの間には、ドレイン電流測定手段１
６が接続してあり、ドレイン電流Ｉdsを測定し、その測
定データを制御回路２０に供給する。

【００１７】制御回路２０は、マイクロコンピュータな
どの演算手段で構成される中央制御装置（ＣＰＵ）２１
と、この中央制御装置２１での演算処理に使用するデー
タを記憶するメモリ２２と、データの入力部２３及び出
力部２４とが、バスラインを介して接続してあり、入力
部２３に得られるデータを中央制御装置２１が判断し
て、出力部２４から出力させる制御データを生成させ
る。

【００１８】出力部２４から出力させる制御データとし
ては、３個の電界効果トランジスタＱ１２，Ｑ１３，Ｑ
１４のオン・オフを個別に制御するデータ（スイッチン
グ制御信号）としてあり、各トランジスタ用の制御デー
タを、抵抗器Ｒ１３，Ｒ１５，Ｒ１７を介して、個別に
電界効果トランジスタＱ１２，Ｑ１３，Ｑ１４のゲート
に供給する。ここで、この３個の電界効果トランジスタ
Ｑ１２，Ｑ１３，Ｑ１４は、エンハンスメント型電界効
果トランジスタで構成され、ソース・ドレイン間のオン
・オフがゲートに得られるスイッチング制御信号（オン
状態のときハイレベル信号となりオフ状態のときローレ
ベル信号となる信号）により制御される。

【００１９】そして、ゲートバイアス電圧Ｖggが得られ
るゲートバイアス電圧入力端子１７が、３個のトランジ
スタＱ１２，Ｑ１３，Ｑ１４のソースと接続してある。
各トランジスタＱ１２，Ｑ１３，Ｑ１４のドレインに
は、それぞれ別に抵抗器Ｒ１４，Ｒ１６，Ｒ１８の一端
が接続してあり、各抵抗器Ｒ１４，Ｒ１６，Ｒ１８の他
端が共通に接続してある。この抵抗器Ｒ１４，Ｒ１６，
Ｒ１８の接続点には、抵抗器Ｒ１１の一端が接続してあ
り、この抵抗器Ｒ１１の他端が、増幅素子であるトラン
ジスタＱ１１のゲートに接続してある。そして、このト
ランジスタＱ１１のゲートを、抵抗器Ｒ１２を介して接
地してある。

【００２０】このようにゲートバイアス電圧入力端子１
７からトランジスタＱ１１のゲートまでの回路が構成さ
れることで、３個のエンハンスメント型電界効果トラン
ジスタＱ１２，Ｑ１３，Ｑ１４のオン・オフにより、ト
ランジスタＱ１１のゲートバイアス電圧を変化させるこ
とができる。即ち、例えば３個のトランジスタＱ１２，
Ｑ１３，Ｑ１４が全てオン状態のときには、端子１７と
抵抗器Ｒ１１との間に、３個の抵抗器Ｒ１４，Ｒ１６，
Ｒ１８の並列回路が接続され、各抵抗器Ｒ１４，Ｒ１
６，Ｒ１８の並列接続による合成抵抗値と、抵抗器Ｒ１
１，Ｒ１２の抵抗値とで、端子１７に得られるゲートバ
イアス電圧Ｖggが分圧されて、トランジスタＱ１１のゲ
ートに印加され、対応したゲートバイアス電圧が設定さ
れる。

【００２１】また、トランジスタＱ１２，Ｑ１３，Ｑ１
４の内のいずれか２個のトランジスタをオン状態とした
とき、或いはいずれか１個のトランジスタをオン状態と
したときには、それぞれ抵抗器Ｒ１４，Ｒ１６，Ｒ１８
の内のいずれか２個による並列回路又はいずれか１個だ
けによる回路が構成されて、これらの回路による抵抗値
と、抵抗器Ｒ１１，Ｒ１２の抵抗値とで、端子１７に得
られるゲートバイアス電圧Ｖggが分圧されて、トランジ
スタＱ１１のゲートに印加され、対応したゲートバイア
ス電圧が設定される。なお、各抵抗器Ｒ１４，Ｒ１６，
Ｒ１８は同じ抵抗値でも良いが、それぞれ異なる抵抗値
を設定して、ゲートバイアス電圧が細かく設定できるよ
うにしても良い。

【００２２】次に、本例の回路にて制御回路２０の制御
でゲートバイアス電圧を設定する際の処理を、図２のフ
ローチャートを参照して説明する。まず、制御回路２０
の中央制御装置２１は、各トランジスタＱ１２，Ｑ１
３，Ｑ１４のスイッチング制御状態を、予め設定された
初期状態として、ゲートソース電圧Ｖgsを初期電圧Ｖgs
０に設定する（ステップ１０１）。ここで、このゲート
ソース電圧Ｖgsを初期電圧Ｖgs０としたときに、ドレイ
ン電流測定手段１６で測定されるドレイン電流Ｉdsq を
中央制御装置２１が判断する（ステップ１０２）。この
とき判断されたドレイン電流Ｉdsq を基準として、所望
のドレイン電流Ｉdsq となるときのゲートソース電圧Ｖ
gsを算出する（ステップ１０３）。

【００２３】この中央制御装置２１でのゲートソース電
圧Ｖgsの算出としては、制御回路２０内のメモリ２２に
記憶されたゲートソース電圧Ｖgsとドレイン電流Ｉdsと
の対応関係のテーブルを使用して行う。図３のグラフ
は、この対応関係のテーブルの例を示し、縦軸がゲート
ソース電圧Ｖgsで、横軸がドレイン電流Ｉdsで、この例
では測定されるドレイン電流Ｉdsの増大に伴って、ゲー
トソース電圧Ｖgsが直線的に減少している。

【００２４】このメモリ２２の記憶データを使用して、
設定するゲートソース電圧Ｖgsが算出されると、そのゲ
ートソース電圧Ｖgsを設定するために必要なスイッチン
グ制御信号に変換する（ステップ１０４）。このスイッ
チング制御信号が得られると、そのスイッチング制御信
号を出力部２４から各トランジスタＱ１２，Ｑ１３，Ｑ
１４に供給して、各トランジスタＱ１２，Ｑ１３，Ｑ１
４の導通状態を対応した状態に制御する（ステップ１０
５）。

【００２５】この各トランジスタＱ１２，Ｑ１３，Ｑ１
４のスイッチング状態の該当する制御により、端子１７
からのゲートバイアス電圧Ｖggが、そのときに接続され
た抵抗器に基づいた抵抗値で分圧されて、高周波増幅用
電界効果トランジスタＱ１１のゲートに供給され、ゲー
トバイアス電圧を適切な値に設定できる。

【００２６】このように本例の回路によると、制御回路
２０の制御で、ゲートバイアス電圧を自動的に適切な値
に設定して、最適なドレイン電流が得られる状態とする
ことができる。この場合、本例においては制御回路２０
からゲートバイアス設定回路を構成するトランジスタＱ
１２，Ｑ１３，Ｑ１４に供給する制御信号（スイッチン
グ制御信号）として、そのトランジスタの数に対応した
ビット数（ここでは３ビット）のデータで良く、制御構
成が簡単であると共に、ゲートバイアス設定回路自体の
構成としても、電圧可変範囲に対応した数（ここでは３
個）のエンハンスメント型電界効果トランジスタと、そ
のトランジスタに接続された抵抗器だけで良く、非常に
簡単な構成とすることができ、例えば増幅器を構成する
集積回路に一体に構成させることが可能で、増幅器を小
型に構成することができる。また、消費電力の点から
も、別体のデジタル／アナログ変換器などでバイアス電
圧を設定する場合に比べ、低消費電力化を図ることがで
きる。

【００２７】なお、予測されるゲートバイアス電圧の設
定範囲に応じて、ゲートバイアス設定回路を構成するト
ランジスタ（図１のトランジスタＱ１２，Ｑ１３，Ｑ１
４）とそのトランジスタに接続された抵抗器の数は、適
当な数に設定すれば良い。

【００２８】また、ゲートバイアス設定回路を構成する
トランジスタは、電界効果トランジスタを使用する場合
には、トランジスタの電圧・電流特性の点から、それぞ
れをエンハンスメント型電界効果トランジスタとする必
要があり、ディプレッション型電界効果トランジスタは
適用できない。

【００２９】また、図１の例では複数の抵抗器Ｒ１４，
Ｒ１６，Ｒ１８の並列回路で、ゲートバイアス電圧を変
化させる構成としたが、直列に複数の抵抗器を接続し
て、それぞれの抵抗器と並列にトランジスタを接続し
て、そのトランジスタの制御でゲートバイアス電圧を変
化させるようにしても良い。図４はこの場合の構成例を
示す図で、ゲートバイアス電圧入力端子１７を、抵抗器
Ｒ２２，Ｒ２４，Ｒ２６の直列回路を介して、抵抗器Ｒ
１１の一端に接続し、この抵抗器Ｒ１１の他端を高周波
増幅用電界効果トランジスタＱ１１のゲートに接続す
る。そして、制御回路２０の出力部２４から出力される
３ビットのスイッチング制御信号を、各ビット毎に別の
抵抗器Ｒ２１，Ｒ２３，Ｒ２５を介して、３個のエンハ
ンスメント型電界効果トランジスタＱ１５，Ｑ１６，Ｑ
１７のゲートに個別に供給する。この３個のトランジス
タＱ１５，Ｑ１６，Ｑ１７のソース及びドレインは、そ
れぞれＲ２２，Ｒ２４，Ｒ２６の一端及び他端に接続す
る。

【００３０】その他の部分については、図１に示した増
幅器の回路と同様に構成する。

【００３１】この図４に示す回路の場合には、各トラン
ジスタＱ１５，Ｑ１６，Ｑ１７がオン状態であるとき、
そのトランジスタと並列に接続された抵抗器（Ｒ２２，
Ｒ２４又はＲ２６）の抵抗値が無視される状態となり、
各トランジスタＱ１５，Ｑ１６，Ｑ１７のスイッチング
状態を個別に制御回路２０で制御することで、トランジ
スタＱ１１のゲートバイアス電圧を変化させることがで
きる。従って、図２に示したフローチャートと同様の制
御処理を制御回路２０が行うことで、制御回路２０が判
断した初期状態でのドレイン電流に基づいて、適切なゲ
ートバイアス電圧を設定することができ、上述した図１
の例の場合と同様の効果が得られる。なお、この図４に
示す構成の場合にも、ゲートバイアス設定回路を構成す
るトランジスタ（図４のトランジスタＱ１５，Ｑ１６，
Ｑ１７）や抵抗器の数を、予測されるゲートバイアス電
圧の設定範囲に応じて、適宜選定すれば良い。

【００３２】

【発明の効果】本発明によると、複数のエンハンスメン
ト型電界効果トランジスタのオン・オフを制御するだけ
の簡単な制御構成で、ゲートバイアス電圧を印加する回
路の抵抗器の接続状態が変化し、高周波増幅用電界効果
トランジスタのゲートバイアスを適正なレベルに制御す
ることができ、自動的にゲートバイアスを適正なレベル
に設定できる高周波増幅器の回路規模を小さくでき、高
周波増幅器の小型化，低消費電力化及び低コスト化を図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示す回路図である。

【図２】一実施例による制御処理を示すフローチャート
である。

【図３】一実施例によるメモリの記憶データの例を示す
特性図である。

【図４】本発明の他の実施例の構成を示す回路図であ
る。

【図５】従来の高周波増幅器の一例を示す回路図であ
る。

【図６】従来の高周波増幅器の他の例を示す回路図であ
る。

【符号の説明】

１１入力端子、１２入力整合回路、１３出力整合
回路、１４出力端子、１５ドレインバイアス回路、
１６ドレイン電流測定手段、１７ゲートバイアス電
圧入力端子、２０制御回路、２１中央制御部、２２
メモリ、Ｑ１１高周波増幅用電界効果トランジスタ、Ｑ
１２〜Ｑ１７エンハンスメント型電界効果トランジス
タ、Ｒ１１〜Ｒ１８，Ｒ２１〜Ｒ２６抵抗器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高周波増幅用電界効果トランジスタのゲ
ートに得られる信号を増幅して、その増幅信号をドレイ
ンから得る高周波増幅器において、複数のエンハンスメント型電界効果トランジスタと複数
の抵抗器とを組み合わせた構成とした上記高周波増幅用
電界効果トランジスタのゲートバイアス設定回路と、上記高周波増幅用電界効果トランジスタの直流ドレイン
電流を測定する直流ドレイン電流測定手段と、上記直流ドレイン電流測定手段での測定値に基づいて、
上記複数のエンハンスメント型電界効果トランジスタの
スイッチングを制御する制御手段とを有する高周波増幅
器。
【請求項２】請求項１記載の高周波増幅器において、複数のエンハンスメント型電界効果トランジスタと複数
の抵抗器とを組み合わせた上記ゲートバイアス設定回路
の構成として、各エンハンスメント型電界効果トランジスタと抵抗器と
の直列回路を、複数並列に接続した構成とし、上記制御手段に予め用意されたテーブルにより、上記直
流ドレイン電流測定手段での測定値を、上記複数のエン
ハンスメント型電界効果トランジスタのスイッチング制
御信号に変換し、その変換されたスイッチング制御信号
により上記複数のエンハンスメント型電界効果トランジ
スタを制御するようにした高周波増幅器。
【請求項３】請求項１記載の高周波増幅器において、複数のエンハンスメント型電界効果トランジスタと複数
の抵抗器とを組み合わせた上記ゲートバイアス設定回路
の構成として、各エンハンスメント型電界効果トランジスタと抵抗器と
の並列回路を、複数直列に接続した構成とし、上記制御手段に予め用意されたテーブルにより、上記直
流ドレイン電流測定手段での測定値を、上記複数のエン
ハンスメント型電界効果トランジスタのスイッチング制
御信号に変換し、その変換されたスイッチング制御信号
により上記複数のエンハンスメント型電界効果トランジ
スタを制御するようにした高周波増幅器。