JP2013062728A - Rf power amplifier and method of operating the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、RF電力増幅器およびその動作方法に関し、特にランプアップまたはランプダウンにおいてスイッチングスペクトラムの劣化を軽減するとともに電力効率の低下を軽減するのに有効な技術に関するものである。 The present invention relates to an RF power amplifier and an operation method thereof, and more particularly, to a technique effective in reducing deterioration of a switching spectrum and reducing reduction in power efficiency during ramp-up or ramp-down.
GSM(Global System for Mobile Communications)やGPRS(General Packet Radio Service)等に代表される移動体通信システムは略全世界で使用されており、今後も利用され続けると予測されている。GSMやGPRS等の移動体通信システムでは、基地局と携帯端末機器との間の通信距離に応じて、携帯端末機器の送信出力電力を制御することが要求される。この送信出力の電力制御は、携帯端末機器に搭載されるRF電力増幅器の電力利得を制御電圧で制御することによって実現されている。この制御は、APC(Automatic Power Control)と呼ばれている。 Mobile communication systems such as GSM (Global System for Mobile Communications) and GPRS (General Packet Radio Service) are used almost all over the world, and are expected to continue to be used in the future. In mobile communication systems such as GSM and GPRS, it is required to control the transmission output power of a mobile terminal device according to the communication distance between the base station and the mobile terminal device. The power control of the transmission output is realized by controlling the power gain of the RF power amplifier mounted on the portable terminal device with the control voltage. This control is called APC (Automatic Power Control).
下記特許文献1には、携帯電話に使用される従来のRF電力増幅器の出力電力Poutが0dBm付近での出力電力制御電圧Vapcの変化に対する出力電力Poutが急峻であり、出力電力制御電圧Vapcによる出力電力Poutの制御性が良好でないと言う問題を解決することが記載されている。下記特許文献1には、出力電力制御電圧Vapcに対する出力電力Poutの変動が小さくなるように、RF電力増幅器の多段増幅回路の各段の増幅素子のしきい値電圧の近傍でバイアス電圧もしくはバイアス電流を制御するバイアス制御回路を多段増幅回路の各段の増幅素子に接続することが記載されている。多段増幅回路は、具体的には初段増幅回路と中間段増幅回路と最終段増幅回路によって構成される。バイアス制御回路は、初段バイアス電圧と中間段バイアス電圧と最終段バイアス電圧とを生成して初段増幅回路と中間段増幅回路と最終段増幅回路にそれぞれ供給する。
In the following
出力電力制御電圧Vapcが所定の電圧、例えば、1.7ボルト以下では、出力電力制御電圧Vapcの変化に対する初段バイアス電圧の変化率と中間段バイアス電圧の変化率と最終段バイアス電圧の変化率とは比較的小さな値に設定される。しかし、出力電力制御電圧Vapcが所定の電圧、例えば、1.7ボルト以上では、出力電力制御電圧Vapcの変化に対する初段バイアス電圧の変化率と中間段バイアス電圧の変化率と最終段バイアス電圧の変化率とは比較的大きな値に設定される。特に、初段バイアス電圧の変化率より中間段バイアス電圧の変化率が大きな変化率に設定されて、中間段バイアス電圧の変化率よりも最終段バイアス電圧の変化率が更に大きな変化率に設定される。 When the output power control voltage Vapc is a predetermined voltage, for example, 1.7 volts or less, the rate of change of the initial stage bias voltage, the rate of change of the intermediate stage bias voltage, and the rate of change of the final stage bias voltage with respect to the change of the output power control voltage Vapc Is set to a relatively small value. However, when the output power control voltage Vapc is a predetermined voltage, for example, 1.7 volts or more, the change rate of the initial stage bias voltage, the change rate of the intermediate stage bias voltage, and the change of the final stage bias voltage with respect to the change of the output power control voltage Vapc. The rate is set to a relatively large value. In particular, the change rate of the intermediate stage bias voltage is set to a change rate larger than the change rate of the first stage bias voltage, and the change rate of the final stage bias voltage is set to a change rate larger than the change rate of the intermediate stage bias voltage. .
出力電力制御電圧Vapcが所定の電圧、例えば、1.7ボルト以上において、初段バイアス電圧と中間段バイアス電圧と最終段バイアス電圧の各変化率を比較的大きな値に設定するために、バイアス制御回路は電圧−電流変換トランジスタを含んでいる。出力電力制御電圧Vapcに比例したゲート電圧を電圧−電流変換トランジスタがドレイン電流に変換する際、出力電力制御電圧Vapcの自乗に比例したドレイン電流を生成する。電圧−電流変換トランジスタのゲートと接地電圧との間には定電流源が接続されているので、定電流源の定電流以上に出力電力制御電圧Vapcに比例する電流が増大した際に、電圧−電流変換トランジスタは出力電力制御電圧Vapcの自乗に比例したドレイン電流を生成する。 In order to set each change rate of the initial stage bias voltage, the intermediate stage bias voltage, and the final stage bias voltage to a relatively large value when the output power control voltage Vapc is a predetermined voltage, for example, 1.7 volts or more, a bias control circuit Includes a voltage-current conversion transistor. When the voltage-current conversion transistor converts a gate voltage proportional to the output power control voltage Vapc into a drain current, a drain current proportional to the square of the output power control voltage Vapc is generated. Since a constant current source is connected between the gate of the voltage-current conversion transistor and the ground voltage, when the current proportional to the output power control voltage Vapc increases beyond the constant current of the constant current source, the voltage − The current conversion transistor generates a drain current proportional to the square of the output power control voltage Vapc.
バイアス制御回路は、具体的には初段バイアス電圧を生成するバイアス制御回路と中間段バイアス電圧を生成するバイアス制御回路と最終段バイアス電圧を生成するバイアス制御回路によって構成される。3つのバイアス制御回路の定電流源の定電流の大きさが異なっているので、3つのバイアス制御回路の電圧−電流変換トランジスタがドレイン電流を流し始める開始点がシフトしている。 Specifically, the bias control circuit includes a bias control circuit that generates an initial stage bias voltage, a bias control circuit that generates an intermediate stage bias voltage, and a bias control circuit that generates a final stage bias voltage. Since the magnitudes of the constant currents of the constant current sources of the three bias control circuits are different, the starting point at which the voltage-current conversion transistors of the three bias control circuits start to flow the drain current is shifted.
下記特許文献2には、多段増幅段を含むRF電力増幅器の低パワーおよび中間パワー時における電力付加効率(PAE)の低下を軽減するための手法が記載されている。具体的には、第1段増幅トランジスタのアイドリング電流が出力電力制御電圧Vapcに応答して線形特性で制御されて、第2段増幅トランジスタのアイドリング電流が出力電力制御電圧Vapcに応答して2乗特性で制御されて、第3段増幅トランジスタのアイドリング電流が出力電力制御電圧Vapcに応答して3乗特性で制御される。下記特許文献2には、更に2乗特性を実現するための電流2乗回路と3乗特性を実現するための電流3乗回路とが記載されている。
下記特許文献3には、多段増幅器によって構成されるRF電力増幅器の最終段増幅器のトランジスタに流れるアイドリング電流を出力電力制御電圧Vapcの2乗に比例させるための電流2乗変換回路を構成する複数のMOSトランジスタをサブスレッシュホールド領域で動作させることによって、電流2乗変換回路を低電源電圧においても動作可能とすることが記載されている。
In
下記非特許文献1には、RF電力増幅器の効率は出力が飽和に近づくと増大するのに対して、出力電力は入力電力に比例せず信号歪みが増大すると言うトレードオフがあり、信号歪みを解決するためのバックオフ(back−off)の手法が記載されている。この手法は、線形動作のピーク出力電力を、RF電力増幅器から獲得可能な最大飽和出力電力以下に制限するものである。その結果、RF電力増幅器は、固定利得の線形増幅器と可変利得の飽和増幅器のいずれかに設計されて動作するとしている。
Non-Patent
本発明者等は本発明に先立って、GSM方式の通信が可能な携帯電話端末に搭載可能なRF電力増幅器の開発に従事した。 Prior to the present invention, the inventors engaged in the development of an RF power amplifier that can be mounted on a mobile phone terminal capable of GSM communication.
良く知られているように、GSM方式の通信が可能な携帯電話端末では、通信のための複数のタイムスロットを、アイドル状態と基地局からの受信動作と基地局への送信動作とのいずれかに設定可能な時分割多重アクセス(TDMA:Time Division Multiple Access)方式が使用される。TDMA方式では、他のタイムスロットから送信動作タイムスロットに切り替える際には、GMSKの規格で規定された上昇レートでRF送信信号の信号強度が増加されなければならない。尚、GMSKは、Gaussian Minimum Shift Keyingの略である。この時のRF送信信号の信号強度の増加は、ランプアップと呼ばれる。反対に、送信動作タイムスロットから他のタイムスロットに切り替える際には、GMSKの規格で規定された低下レートでRF送信信号の信号強度が減少されなければならない。この時のRF送信信号の信号強度の減少は、ランプダウンと呼ばれる。ランプアップの信号強度の時間変化の増加の最大値および最小値と、更にランプダウンの信号強度の時間変化の減少の最大値および最小値とは、タイムマスクと呼ばれる。 As is well known, in a mobile phone terminal capable of GSM communication, a plurality of time slots for communication are selected from an idle state, a reception operation from the base station, and a transmission operation to the base station. A time division multiple access (TDMA) method that can be set to be used is used. In the TDMA system, when switching from another time slot to a transmission operation time slot, the signal strength of the RF transmission signal must be increased at an increase rate defined by the GMSK standard. Note that GMSK is an abbreviation for Gaussian Minimum Shift Keying. The increase in signal strength of the RF transmission signal at this time is called ramp-up. On the other hand, when switching from a transmission operation time slot to another time slot, the signal strength of the RF transmission signal must be reduced at a reduction rate defined in the GMSK standard. The decrease in signal strength of the RF transmission signal at this time is called ramp-down. The maximum value and the minimum value of the increase in the time change of the ramp-up signal strength, and the maximum value and the minimum value of the decrease in the time change of the signal strength of the ramp-down are called a time mask.
図22は、GMSKの規格で規定されたタイムマスクとRF送信信号の信号強度との関係を示す図である。 FIG. 22 is a diagram illustrating the relationship between the time mask defined by the GMSK standard and the signal strength of the RF transmission signal.
図22のタイムマスクに示すように、ランプアップ時には増加の最大値L1と最小値L2の間でRF送信信号Tx_sigの信号強度が増加しなければならず、ランプダウン時には減少の最大値L3と最小値L4の間でRF送信信号Tx_sigの信号強度が減少しなければならない。 As shown in the time mask of FIG. 22, the signal strength of the RF transmission signal Tx_sig must increase between the maximum value L1 and the minimum value L2 at the time of ramp-up, and the maximum value L3 and the minimum value of the decrease at the time of ramp-down. Between the values L4, the signal strength of the RF transmission signal Tx_sig must decrease.
更にRF送信信号Tx_sigの送信周波数から400kHz、600kHz、1.2MHz、1.8MHzと所定の周波数分、離間したオフセット周波数を有するスプリアス成分Spurの最大許容電力Al_Poutは、それぞれ30kHzあたり−23dBm、−26dBm、−32dBm、−33dBmと、規格によって規定されている。大きな妨害信号成分を有するスプリアス成分Spurは、スイッチング・スペクトラムとも呼ばれ、ランプアップ時とランプダウン時とに発生する。 Further, the maximum allowable power Al_Pout of the spurious component Spur having a predetermined offset frequency of 400 kHz, 600 kHz, 1.2 MHz, and 1.8 MHz from the transmission frequency of the RF transmission signal Tx_sig is −23 dBm and −26 dBm per 30 kHz, respectively. , -32 dBm, -33 dBm, which are defined by the standard. The spurious component Spur having a large interference signal component is also called a switching spectrum, and is generated at the time of ramp-up and ramp-down.
従って、本発明に先立って本発明者等は、大きな妨害信号成分を有するスプリアス成分Spurがランプアップ時とランプダウン時とに発生するメカニズムを、詳細に検討した。 Therefore, prior to the present invention, the present inventors have studied in detail the mechanism by which spurious components Spur having a large disturbing signal component are generated during ramp-up and ramp-down.
図23は、本発明に先立って本発明者等によって検討されたRF電力増幅器の構成を示す図である。 FIG. 23 is a diagram showing a configuration of an RF power amplifier studied by the present inventors prior to the present invention.
図23に示す本発明に先立って本発明者等によって検討されたRF電力増幅器は、RF信号入力端子1、RF信号出力端子2、ランプ制御端子3、多段増幅回路4、電力結合器5、電力検出器6、誤差増幅器7、バイアス回路8によって構成されている。
The RF power amplifier examined by the present inventors prior to the present invention shown in FIG. 23 includes an RF
RF信号入力端子1には、携帯電話端末に搭載されるRF信号処理半導体集積回路(RFIC)の送信信号処理ユニットで生成されるRF入力信号Pinが供給される。RF入力信号Pinは多段増幅回路4の初段増幅回路41と中間段増幅回路42と最終段増幅回路43によって逐次増幅されて、最終段増幅回路43の増幅出力信号は電力結合器5の主線路を介してRF信号出力端子2からRF出力信号Poutとして出力される。
The RF
電力結合器5の主線路と電磁気的かつ静電容量的に結合された電力結合器5の副線路には、RF出力信号Poutの一部が伝達される。その結果、電力結合器5の副線路に入力端子が接続された電力検出器6は、RF出力信号Poutの信号レベルに比例する電力検出電圧VDETを生成して誤差増幅器7の一方の入力端子に供給する。ランプアップとランプダウンのためにランプ制御端子3を介して誤差増幅器7の他方の入力端子に供給されるランプ電圧VRAMPは、RF信号処理半導体集積回路(RFIC)に内蔵のランプD/A変換器のアナログ出力端子から生成される。ランプアップとランプダウンとのためのデジタルランプデータはベースバンド信号処理LSIの内部で生成され、ベースバンド信号処理LSIからデジタルインターフェースを介してデジタルランプデータがRF信号処理半導体集積回路(RFIC)に内蔵のランプD/A変換器のデジタル入力端子に供給される。
A part of the RF output signal Pout is transmitted to the subline of the
誤差増幅器7は一方の入力端子の電力検出電圧VDETと他方の入力端子のランプ電圧VRAMPとの差を検出して、その差に比例する出力電力制御電圧VAPCを生成して、バイアス回路8の入力端子に供給する。バイアス回路8は第1バイアス回路81と第2バイアス回路82と第3バイアス回路83を含み、出力電力制御電圧VAPCに応答して第1バイアス回路81と第2バイアス回路82と第3バイアス回路83とは第1バイアス電圧VGB1と第2バイアス電圧VGB2と第3バイアス電圧VGB3とをそれぞれ生成する。第1バイアス電圧VGB1は多段増幅回路4の初段増幅回路41の初段増幅素子としてのMOSトランジスタのゲートに供給されて、第2バイアス電圧VGB2は多段増幅回路4の中間段増幅回路42の中間段増幅素子としてのMOSトランジスタのゲートに供給され、第3バイアス電圧VGB3は多段増幅回路4の最終段増幅回路43の最終段増幅素子としてのMOSトランジスタのゲートに供給される。
The
図24は、図23に示す本発明に先立って本発明者等によって検討されたRF電力増幅器のバイアス回路8の第1バイアス回路81と第2バイアス回路82と第3バイアス回路83とからそれぞれ生成される第1バイアス電圧VGB1と第2バイアス電圧VGB2と第3バイアス電圧VGB3の出力電力制御電圧VAPCの変化に対する依存性を示す図である。
24 is generated from the
図24に示すバイアス電圧の依存性は、冒頭で説明した上記特許文献1に記載のように、略1.7ボルトの所定の電圧に出力電力制御電圧VAPCが到達する以前では3つのバイアス電圧VGB1、VGB2、VGB3の変化率は比較的に小さな値に設定される一方、略1.7ボルトの所定の電圧に出力電力制御電圧VAPCが到達した後では3つのバイアス電圧VGB1、VGB2、VGB3の変化率は比較的大きな値に設定されたものである。更にこの到達の後では、第1バイアス電圧VGB1の変化率よりも第2バイアス電圧VGB2の変化率が大きな変化率に設定され、第2バイアス電圧VGB2の変化率よりも第3バイアス電圧VGB3の変化率が大きな変化率に設定されている。
The bias voltage dependency shown in FIG. 24 has three bias voltages before the output power control voltage V APC reaches a predetermined voltage of approximately 1.7 volts, as described in
図25は、図23に示す本発明に先立って本発明者等によって検討されたRF電力増幅器のRF出力電力Poutの出力電力制御電圧VAPCの変化に対する依存性を示す図である。 FIG. 25 is a diagram showing the dependence of the RF output power Pout of the RF power amplifier examined by the inventors prior to the present invention shown in FIG. 23 on the change in the output power control voltage V APC .
図25に示すように、出力電力制御電圧VAPCの電圧レベルが比較的低い動作領域ではRF電力増幅器のRF出力電力Poutは線形特性Lに沿って出力電力制御電圧VAPCの増加に略比例してRF電力増幅器のRF出力電力Poutが増加する。しかし、RF出力電力Poutの増加率は次第に減少するようになり、RF出力電力Poutは飽和に到達する。 As shown in FIG. 25, in the operation region where the voltage level of the output power control voltage V APC is relatively low, the RF output power Pout of the RF power amplifier is substantially proportional to the increase of the output power control voltage V APC along the linear characteristic L. As a result, the RF output power Pout of the RF power amplifier increases. However, the increase rate of the RF output power Pout gradually decreases, and the RF output power Pout reaches saturation.
RF電力増幅器のRF出力電力Poutが飽和に到達する理由は、良く知られているように、ソース(エミッタ)接地RF電力増幅器のドレイン(コレクタ)出力と電源電圧VDDの間にRFチョーク(RFC)と呼ばれる大きなコイルを接続することによって、ドレイン(コレクタ)出力電圧がピーク・ツー・ピークで接地電圧のゼロボルトから電源電圧の略2倍の2VDDまでしか出力できないためである。 The reason why the RF output power Pout of the RF power amplifier reaches saturation is, as is well known, that an RF choke (RFC) is connected between the drain (collector) output of the source (emitter) grounded RF power amplifier and the power supply voltage V DD. This is because the drain (collector) output voltage can be output only from the ground voltage of zero volts to 2V DD, which is approximately twice the power supply voltage, by connecting a large coil called).
従って、図25に示したように、RF電力増幅器のRF出力電力Poutは最大出力(飽和)に近づくと、制御利得(=ΔPout/ΔVAPC)が低下するため、自動電力制御(APC)ループのループ帯域も低下する。その結果、図22に示したようにランプアップとランプダウンに際して、最大出力電力(飽和)の付近でRF出力電力Poutを変化する場合に応答の遅れが生じてスイッチングスペクトラムの劣化が発生するものと推測される。 Therefore, as shown in FIG. 25, when the RF output power Pout of the RF power amplifier approaches the maximum output (saturation), the control gain (= ΔPout / ΔV APC ) decreases, so that the automatic power control (APC) loop The loop bandwidth is also reduced. As a result, when the RF output power Pout is changed in the vicinity of the maximum output power (saturation) during ramp-up and ramp-down as shown in FIG. 22, a response delay occurs and the switching spectrum deteriorates. Guessed.
尚、自動電力制御(APC)ループの動作には、自動電力制御(APC)ループのループ帯域が大きく影響する。ループ帯域を決定する要素は、図23に示すRF電力増幅器において、誤差増幅器7の利得、電力結合器5の主線路と副線路との結合度、電力検出器6の検出感度、バイアス回路8および多段増幅回路4の制御利得(=ΔPout/ΔVAPC)である。
Note that the automatic power control (APC) loop operation is greatly affected by the loop band of the automatic power control (APC) loop. The elements that determine the loop band are the gain of the
ランプアップ時とランプダウン時とのスイッチングスペクトラムの劣化を軽減するために、本発明者等は本発明に先立って上記非特許文献1に記載のバックオフの手法を採用することも検討した。すなわち、ランプアップ時とランプダウン時での出力電力制御電圧VAPCによるRF出力電力Poutの制御領域を、最大出力(飽和)の電力以下で制御利得(=ΔPout/ΔVAPC)が低下しない線形特性Lに近接した範囲に制限するものである。しかし、このバックオフの手法ではランプアップ時とランプダウン時の出力電力制御電圧VAPCによるRF出力電力Poutの制御領域における電力効率が最大出力(飽和)における良好な電力効率よりも大幅に低下すると言う問題が、本発明に先立った本発明者等による検討によって明らかとされた。
In order to reduce the deterioration of the switching spectrum during ramp-up and ramp-down, the present inventors also examined the use of the back-off method described in
一方、上記特許文献1に記載された手法によれば、出力電力制御電圧Vapcが略1.7ボルトの所定の電圧に到達した後では、制御電圧Vapcの変化に応答した初段増幅回路の初段増幅トランジスタのアイドリング電流の変化率よりも中間段増幅回路の中間段増幅トランジスタのアイドリング電流の変化率が大きく、更に中間段増幅トランジスタのアイドリング電流よりも最終段増幅回路の最終段増幅トランジスタのアイドリング電流の変化率が大きくなる。その結果、制御電圧Vapcの変化に応答した初段増幅回路の出力インピーダンスと中間段増幅回路の入力インピーダンスが複雑に変化して、更に中間段増幅回路の出力インピーダンスと最終段増幅回路の入力インピーダンスが複雑に変化する。従って、制御利得(=ΔPout/ΔVAPC)の低下を防ぐために、各段増幅回路間のアイドリング電流のバランスを変更すると、初段増幅回路の出力と中間段増幅回路の入力との間の第1段間インピーダンス整合回路と中間段増幅回路の出力と最終段増幅回路の入力との間の第2段間インピーダンス整合回路とでインピーダンス不整合によりRF信号の反射がそれぞれ生じて、高い電力効率を維持することが困難となると言う問題も、本発明に先立った本発明者等による検討によって明らかとされた。
On the other hand, according to the technique described in
更に、上記特許文献2に記載された手法においても、制御電圧Vapcの変化に応答して第1段増幅トランジスタのアイドリング電流が線形特性で制御されて、第2段増幅トランジスタのアイドリング電流が2乗特性で制御され、第3段増幅トランジスタのアイドリング電流が3乗特性で制御されるので、制御利得(=ΔPout/ΔVAPC)の低下を防ぐために、各段増幅回路間のアイドリング電流のバランスを変更すると、上記特許文献1に記載された手法と同様な問題が発生する。
Furthermore, also in the technique described in
更に上記特許文献3に記載された手法においても、初段増幅回路の初段増幅トランジスタのアイドリング電流と中間段増幅回路の中間段増幅トランジスタのアイドリング電流とが制御電圧Vapcの1次の関数で制御され、最終段増幅回路の最終段増幅トランジスタのアイドリング電流が制御電圧Vapcの2乗に比例して制御されるので、制御利得(=ΔPout/ΔVAPC)の低下を防ぐために、各段増幅回路間のアイドリング電流のバランスを変更すると、中間段増幅回路の出力と最終段増幅回路の入力との間の第2段間インピーダンス整合回路でインピーダンス不整合によりRF信号の反射が生じて、高い電力効率を維持することが困難となると言う問題も本発明に先立った本発明者等による検討によって明らかとされた。
Further, also in the technique described in
結論としては、上記特許文献1と上記特許文献2と上記特許文献3に記載された手法によれば、制御利得(=ΔPout/ΔVAPC)の低下を防ぐために、各段増幅回路間のアイドリング電流のバランスを変更すると、インピーダンス不整合によりRF信号の反射が生じて、高い電力効率を維持することが困難となるものである。
In conclusion, according to the methods described in
更に、上記特許文献1と上記特許文献2と上記特許文献3に記載された手法では、RF電力増幅器を構成する多段増幅回路の少なくとも2段の増幅素子のアイドリング電流の変化率を相違させるために、2種類のバイアス制御回路の追加が必要であり、半導体集積回路の半導体チップ面積と製造コストとが増加すると言う問題も、本発明に先立った本発明者等による検討によって明らかとされた。
Further, in the methods described in
本発明は、以上のような本発明に先立った本発明者等による検討の結果、なされたものである。 The present invention has been made as a result of the examination by the present inventors prior to the present invention as described above.
従って、本発明の目的とするところは、ランプアップまたはランプダウンにおいてスイッチングスペクトラムの劣化を軽減するとともに電力効率の低下を軽減することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to reduce the deterioration of the switching spectrum and reduce the power efficiency in the ramp-up or ramp-down.
また、本発明の他の目的とするところは、上述のスイッチングスペクトラムの劣化を軽減するためにRF電力増幅器を構成する多段増幅回路の多段増幅素子のアイドリング電流を決定する際、半導体チップ面積と製造コストとの増加を軽減することにある。 Another object of the present invention is to determine the semiconductor chip area and the manufacturing process when determining the idling current of the multistage amplifying element of the multistage amplifying circuit constituting the RF power amplifier in order to reduce the deterioration of the switching spectrum. It is to reduce the increase in cost.
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうちの代表的なものについて簡単に説明すれば下記のとおりである。 A typical one of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
すなわち、本発明の代表的な実施の形態によるRF電力増幅器は、初段増幅回路(41)と最終段増幅回路(43)を少なくとも有する多段増幅回路(4)と、電力検出回路(5、6)と、誤差増幅器(7)と、初段バイアス回路(81)と最終段バイアス回路(83)を少なくとも有するバイアス回路(8)と、制御信号増強回路(9)とを具備する。 That is, the RF power amplifier according to the representative embodiment of the present invention includes a multistage amplifier circuit (4) having at least a first stage amplifier circuit (41) and a final stage amplifier circuit (43), and a power detection circuit (5, 6). And an error amplifier (7), a bias circuit (8) having at least a first stage bias circuit (81) and a last stage bias circuit (83), and a control signal enhancement circuit (9).
前記初段バイアス回路(81)の初段バイアス電圧(VGB1)が前記初段増幅回路(41)に供給され、前記初段増幅回路(41)の初段アイドリング電流が決定される。 The first stage bias voltage (V GB1 ) of the first stage bias circuit (81) is supplied to the first stage amplifier circuit (41), and the first stage idling current of the first stage amplifier circuit (41) is determined.
前記最終段バイアス回路(83)の最終段バイアス電圧(VGB3)が前記最終段増幅回路(43)に供給され、前記最終段増幅回路(43)の最終段アイドリング電流が決定される。 The final stage bias voltage (V GB3 ) of the final stage bias circuit (83) is supplied to the final stage amplifier circuit (43), and the final stage idling current of the final stage amplifier circuit (43) is determined.
前記初段増幅回路(41)は入力端子(1)に供給されるRF入力信号(Pin)を増幅して、前記最終段増幅回路(43)は前記初段増幅回路(41)の初段増幅出力信号に応答して最終段増幅出力信号(Pout)を生成する。 The first stage amplifier circuit (41) amplifies the RF input signal (Pin) supplied to the input terminal (1), and the last stage amplifier circuit (43) becomes the first stage amplified output signal of the first stage amplifier circuit (41). In response, the final stage amplified output signal (Pout) is generated.
前記電力検出回路(5、6)は、前記多段増幅回路(4)の前記最終段増幅回路(43)の前記最終段増幅出力信号(Pout)の信号レベルに応答する電力検出信号(VDET)を生成する。 The power detection circuit (5, 6) is a power detection signal (V DET ) responsive to the signal level of the final stage amplified output signal (Pout) of the final stage amplifier circuit (43) of the multistage amplifier circuit (4). Is generated.
前記誤差増幅器(7)の一方の入力端子に前記電力検出信号(VDET)が供給され、前記誤差増幅器(7)の他方の入力端子に目標電力信号(VRAMP)が供給されることによって、前記誤差増幅器(7)の出力端子は電力制御電圧(VAPC)を生成する。 By supplying the power detection signal (V DET ) to one input terminal of the error amplifier (7) and supplying the target power signal (V RAMP ) to the other input terminal of the error amplifier (7), The output terminal of the error amplifier (7) generates a power control voltage (V APC ).
前記電力制御電圧(VAPC)が前記制御信号増強回路(9)の入力端子に供給され、前記制御信号増強回路(9)の出力端子は増強制御信号(VEN)を生成する。 The power control voltage (V APC ) is supplied to an input terminal of the control signal enhancement circuit (9), and an output terminal of the control signal enhancement circuit (9) generates an enhancement control signal (V EN ).
前記制御信号増強回路(9)は所定の非線型の入出力特性を有し、前記電力制御電圧(VAPC)が所定の電圧に到達する以前の前記電力制御電圧(VAPC)の増加に応答する前記増強制御信号(VEN)の増加率よりも前記電力制御電圧(VAPC)が前記所定の電圧に到達した以降の前記電力制御電圧(VAPC)の増加に応答する前記増強制御信号(VEN)の増加率が大きく設定される。 Said control signal enhancement circuit (9) has an input-output characteristic of the predetermined non-linear response to an increase in the previous said power control voltage the power control voltage (V APC) reaches a predetermined voltage (V APC) the enhancement control signal in response to an increase in the enhancement control signal (V EN) the power control voltage than the rate of increase (V APC) is the power control voltage after reaching the predetermined voltage (V APC) to ( The increase rate of V EN ) is set large.
前記増強制御信号(VEN)が前記初段バイアス回路(81)と前記最終段バイアス回路(83)とに供給されて、前記初段アイドリング電流と前記最終段アイドリング電流とは前記増強制御信号(VEN)によって制御されることを特徴とする(図1参照)。 The enhancement control signal (V EN ) is supplied to the first stage bias circuit (81) and the last stage bias circuit (83), and the first stage idling current and the last stage idling current are the same as the enhancement control signal (V EN). ) (See FIG. 1).
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記の通りである。 The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
すなわち、本発明によれば、ランプアップまたはランプダウンにおいてスイッチングスペクトラムの劣化を軽減するとともに電力効率の低下を軽減することができる。 That is, according to the present invention, it is possible to reduce deterioration of the switching spectrum during ramp-up or ramp-down and reduce power efficiency.
1.実施の形態の概要
まず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。代表的な実施の形態についての概要説明で括弧を付して参照する図面の参照符号は、それが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。
1. First, an outline of a typical embodiment of the invention disclosed in the present application will be described. Reference numerals in the drawings referred to with parentheses in the outline description of the representative embodiments merely exemplify what are included in the concept of the components to which the reference numerals are attached.
〔1〕本発明の代表的な実施の形態によるRF電力増幅器は、初段増幅回路(41)と最終段増幅回路(43)を少なくとも有する多段増幅回路(4)と、電力検出回路(5、6)と、誤差増幅器(7)と、初段バイアス回路(81)と最終段バイアス回路(83)を少なくとも有するバイアス回路(8)と、制御信号増強回路(9)とを具備する。 [1] An RF power amplifier according to a typical embodiment of the present invention includes a multistage amplifier circuit (4) having at least a first stage amplifier circuit (41) and a final stage amplifier circuit (43), and power detection circuits (5, 6). ), An error amplifier (7), a bias circuit (8) having at least a first stage bias circuit (81) and a last stage bias circuit (83), and a control signal enhancement circuit (9).
前記初段バイアス回路(81)の初段バイアス電圧(VGB1)が前記初段増幅回路(41)に供給され、前記初段増幅回路(41)の初段アイドリング電流が決定される。 The first stage bias voltage (V GB1 ) of the first stage bias circuit (81) is supplied to the first stage amplifier circuit (41), and the first stage idling current of the first stage amplifier circuit (41) is determined.
前記最終段バイアス回路(83)の最終段バイアス電圧(VGB3)が前記最終段増幅回路(43)に供給され、前記最終段増幅回路(43)の最終段アイドリング電流が決定される。 The final stage bias voltage (V GB3 ) of the final stage bias circuit (83) is supplied to the final stage amplifier circuit (43), and the final stage idling current of the final stage amplifier circuit (43) is determined.
前記初段増幅回路(41)は入力端子(1)に供給されるRF入力信号(Pin)を増幅可能とされ、前記最終段増幅回路(43)は前記初段増幅回路(41)の初段増幅出力信号に応答して最終段増幅出力信号(Pout)を生成可能とされる。 The first stage amplifier circuit (41) is capable of amplifying the RF input signal (Pin) supplied to the input terminal (1), and the last stage amplifier circuit (43) is a first stage amplified output signal of the first stage amplifier circuit (41). In response to this, the final stage amplified output signal (Pout) can be generated.
前記電力検出回路(5、6)は、前記多段増幅回路(4)の前記最終段増幅回路(43)の前記最終段増幅出力信号(Pout)の信号レベルに応答する電力検出信号(VDET)を生成可能とされる。 The power detection circuit (5, 6) is a power detection signal (V DET ) responsive to the signal level of the final stage amplified output signal (Pout) of the final stage amplifier circuit (43) of the multistage amplifier circuit (4). Can be generated.
前記誤差増幅器(7)の一方の入力端子に前記電力検出信号(VDET)が供給され、前記誤差増幅器(7)の他方の入力端子に目標電力信号(VRAMP)が供給されることによって、前記誤差増幅器(7)の出力端子から電力制御電圧(VAPC)が生成可能とされる。 By supplying the power detection signal (V DET ) to one input terminal of the error amplifier (7) and supplying the target power signal (V RAMP ) to the other input terminal of the error amplifier (7), A power control voltage (V APC ) can be generated from the output terminal of the error amplifier (7).
前記電力制御電圧(VAPC)が前記制御信号増強回路(9)の入力端子に供給されることによって、前記制御信号増強回路(9)の出力端子から増強制御信号(VEN)が生成可能とされる。 When the power control voltage (V APC ) is supplied to the input terminal of the control signal enhancement circuit (9), the enhancement control signal (V EN ) can be generated from the output terminal of the control signal enhancement circuit (9). Is done.
前記制御信号増強回路(9)は所定の非線型の入出力特性を有するものであり、前記電力制御電圧(VAPC)が所定の電圧に到達する以前の前記電力制御電圧(VAPC)の増加に応答する前記増強制御信号(VEN)の増加率よりも前記電力制御電圧(VAPC)が前記所定の電圧に到達した以降の前記電力制御電圧(VAPC)の増加に応答する前記増強制御信号(VEN)の増加率が大きく設定される。 Said control signal enhancement circuit (9) are those having the input-output characteristics of a given non-linear, increases in previous the power control voltage the power control voltage (V APC) reaches a predetermined voltage (V APC) The enhancement control responding to an increase in the power control voltage (V APC ) after the power control voltage (V APC ) reaches the predetermined voltage rather than an increase rate of the enhancement control signal (V EN ) responding to The increase rate of the signal (V EN ) is set large.
前記増強制御信号(VEN)が前記初段バイアス回路(81)と前記最終段バイアス回路(83)とに供給されて、前記初段アイドリング電流と前記最終段アイドリング電流とは前記増強制御信号(VEN)によって制御されることを特徴とするものである(図1参照)。 The enhancement control signal (V EN ) is supplied to the first stage bias circuit (81) and the last stage bias circuit (83), and the first stage idling current and the last stage idling current are the same as the enhancement control signal (V EN). ) (See FIG. 1).
前記実施の形態によれば、ランプアップまたはランプダウンにおいてスイッチングスペクトラムの劣化を軽減するとともに電力効率の低下を軽減することができる。更に前記実施の形態によれば、上述のスイッチングスペクトラムの劣化を軽減するためにRF電力増幅器を構成する多段増幅回路の多段増幅素子のアイドリング電流を決定する際、半導体チップ面積と製造コストとの増加を軽減することができる。 According to the embodiment, it is possible to reduce deterioration of the switching spectrum during ramp-up or ramp-down and reduce power efficiency. Furthermore, according to the above embodiment, when determining the idling current of the multistage amplifying element of the multistage amplifying circuit constituting the RF power amplifier in order to reduce the deterioration of the switching spectrum described above, the semiconductor chip area and the manufacturing cost are increased. Can be reduced.
好適な実施の形態では、前記多段増幅回路(4)は、前記初段増幅回路(41)と前記最終段増幅回路(43)との間に接続された中間段増幅回路(42)を更に有する。 In a preferred embodiment, the multistage amplifier circuit (4) further includes an intermediate stage amplifier circuit (42) connected between the first stage amplifier circuit (41) and the final stage amplifier circuit (43).
前記バイアス回路(8)は、前記中間段増幅回路(42)に接続された中間段バイアス回路(82)を更に有する。 The bias circuit (8) further includes an intermediate stage bias circuit (82) connected to the intermediate stage amplifier circuit (42).
前記中間段バイアス回路(82)の中間段バイアス電圧(VGB2)が前記中間段増幅回路(42)に供給され、前記中間段増幅回路(42)の中間段アイドリング電流が決定される。 The intermediate stage bias voltage (V GB2 ) of the intermediate stage bias circuit (82) is supplied to the intermediate stage amplifier circuit (42), and the intermediate stage idling current of the intermediate stage amplifier circuit (42) is determined.
前記増強制御信号(VEN)が前記中間段バイアス回路(82)に供給されて、前記中間段アイドリング電流は前記増強制御信号(VEN)によって制御されることを特徴とするものである(図1参照)。 The enhancement control signal (V EN ) is supplied to the intermediate stage bias circuit (82), and the intermediate stage idling current is controlled by the enhancement control signal (V EN ) (FIG. 1).
他の好適な実施の形態では、前記初段バイアス回路(81)は、前記初段増幅回路(41)の初段増幅トランジスタ(QA1)とカレントミラー接続された初段バイアストランジスタ(QB1)を含む。 In another preferred embodiment, the first stage bias circuit (81) includes a first stage bias transistor (Q B1 ) connected in a current mirror manner to the first stage amplifier transistor (Q A1 ) of the first stage amplifier circuit (41).
前記最終段バイアス回路(83)は、前記最終段増幅回路(43)の最終段増幅トランジスタ(QA3)とカレントミラー接続された最終段バイアストランジスタ(QB3)を含む。 The final stage bias circuit (83) includes a final stage bias transistor (Q B3 ) connected in a current mirror manner with the final stage amplification transistor (Q A3 ) of the final stage amplification circuit (43).
前記増強制御信号(VEN)としての初段バイアス電流(IAPC1)と最終段バイアス電流(IAPC3)とが前記初段バイアストランジスタ(QB1)と前記最終段バイアストランジスタ(QB3)とにそれぞれ供給され、前記初段アイドリング電流と前記最終段アイドリング電流とは前記初段バイアス電流(IAPC1)と前記最終段バイアス電流(IAPC3)とによってそれぞれ決定されることを特徴とするものである(図10参照)。 The first stage bias current (I APC1 ) and the last stage bias current (I APC3 ) as the enhancement control signal (V EN ) are supplied to the first stage bias transistor (Q B1 ) and the last stage bias transistor (Q B3 ), respectively. The first stage idling current and the last stage idling current are determined by the first stage bias current (I APC1 ) and the last stage bias current (I APC3 ), respectively (see FIG. 10). ).
更に他の好適な実施の形態では、前記中間段バイアス回路(82)は、前記中間段増幅回路(42)の中間段増幅トランジスタ(QA2)とカレントミラー接続された中間段バイアストランジスタ(QB2)を含む。 In still another preferred embodiment, the intermediate-stage bias circuit (82) includes an intermediate-stage bias transistor (Q B2 ) that is current-mirror connected to the intermediate-stage amplifier transistor (Q A2 ) of the intermediate-stage amplifier circuit (42). )including.
前記増強制御信号(VEN)としての中間段バイアス電流(IAPC2)が前記中間段バイアストランジスタ(QB2)に供給され、前記中間段アイドリング電流は前記中間段バイアス電流(IAPC2)によってそれぞれ決定されることを特徴とするものである(図10参照)。 An intermediate stage bias current (I APC2 ) as the enhancement control signal (V EN ) is supplied to the intermediate stage bias transistor (Q B2 ), and the intermediate stage idling current is determined by the intermediate stage bias current (I APC2 ), respectively. (See FIG. 10).
より好適な実施の形態では、前記制御信号増強回路(9)は、電圧・電流変換回路(VIC)と電流2乗回路(CS1)とを有する。 In a more preferred embodiment, the control signal enhancement circuit (9) includes a voltage / current conversion circuit (VIC) and a current square circuit (CS1).
前記電圧・電流変換回路(VIC)は、前記電力制御電圧(VAPC)の変化に応答して当該変化に実質的に比例する変換電流(IAPC_LIN)を生成可能とされる。 The voltage / current conversion circuit (VIC) can generate a conversion current (I APC_LIN ) that is substantially proportional to the change in response to the change in the power control voltage (V APC ).
前記電流2乗回路(CS1)は、前記電力制御電圧(VAPC)の2乗に実質的に比例する2乗出力電流(IAPC_SQ)を生成可能とされる。 The current square circuit (CS1) can generate a square output current (I APC_SQ ) that is substantially proportional to the square of the power control voltage (V APC ).
前記制御信号増強回路(9)は、前記変換電流(IAPC_LIN)と前記2乗出力電流(IAPC_SQ)との加算による出力電力制御電流(IAPC)を前記増強制御信号(VEN)として生成可能とされることを特徴とするものである(図7参照)。 The control signal enhancement circuit (9) generates an output power control current (I APC ) by adding the conversion current (I APC_LIN ) and the square output current (I APC_SQ ) as the enhancement control signal (V EN ). This is characterized in that it is possible (see FIG. 7).
他のより好適な実施の形態では、前記制御信号増強回路(9)は、電圧・電流変換回路(VIC)と電流3乗回路(CB)とを有する。 In another more preferred embodiment, the control signal enhancement circuit (9) includes a voltage / current conversion circuit (VIC) and a current cube circuit (CB).
前記電圧・電流変換回路(VIC)は、前記電力制御電圧(VAPC)の変化に応答して当該変化に実質的に比例する変換電流(IAPC_LIN)を生成可能とされる。 The voltage / current conversion circuit (VIC) can generate a conversion current (I APC_LIN ) that is substantially proportional to the change in response to the change in the power control voltage (V APC ).
前記電流3乗回路(CB)は、前記電力制御電圧(VAPC)の3乗に実質的に比例する3乗出力電流(IAPC_CB)を生成可能とされる。 The current cube circuit (CB) can generate a cubed output current (I APC_CB ) that is substantially proportional to the cube of the power control voltage (V APC ).
前記制御信号増強回路(9)は、前記変換電流(IAPC_LIN)と前記3乗出力電流(IAPC_CB)との加算による出力電力制御電流(IAPC)を前記増強制御信号(VEN)として生成可能とされることを特徴とするものである(図13参照)。 The control signal enhancement circuit (9) generates an output power control current (I APC ) by adding the conversion current (I APC_LIN ) and the cubed output current (I APC_CB ) as the enhancement control signal (V EN ). This is characterized in that it is possible (see FIG. 13).
更に他のより好適な実施の形態では、前記制御信号増強回路(9)は、複数の演算増幅器(OP2、OP3、OP4)を有することによって、複数の基準電圧(Vref1、Vref2)に関して非線型特性を有する出力電力制御電流(IAPC)を前記増強制御信号(VEN)として生成可能とされることを特徴とするものである(図14参照)。 In yet another more preferred embodiment, the control signal enhancement circuit (9) has a plurality of operational amplifiers (OP2, OP3, OP4), thereby providing non-linear characteristics with respect to a plurality of reference voltages (Vref1, Vref2). The output power control current (I APC ) having the following can be generated as the enhancement control signal (V EN ) (see FIG. 14).
別のより好適な実施の形態では、前記制御信号増強回路(9)は、アナログ・デジタル変換器(10)と、ルックアップテーブル(11)と、デジタル・アナログ変換器(12、13、OP1、R2、MP01、MP02)とを有する。 In another more preferred embodiment, the control signal enhancement circuit (9) comprises an analog-to-digital converter (10), a look-up table (11), and digital-to-analog converters (12, 13, OP1, R 2 , MP01, MP02).
前記アナログ・デジタル変換器(10)は、前記誤差増幅器(7)から供給される前記電力制御電圧(VAPC)を第1デジタル信号に変換可能とされる。 The analog / digital converter (10) can convert the power control voltage (V APC ) supplied from the error amplifier (7) into a first digital signal.
前記ルックアップテーブル(11)は前記所定の非線型の入出力特性を有して、前記所定の非線型の入出力特性に従って前記第1デジタル信号を第2デジタル信号に変換可能とされる。 The look-up table (11) has the predetermined non-linear input / output characteristic, and can convert the first digital signal into a second digital signal according to the predetermined non-linear input / output characteristic.
前記デジタル・アナログ変換器(12、13、OP1、R2、MP01、MP02)は、前記第2デジタル信号をアナログ変換した出力電力制御電流(IAPC)を前記増強制御信号(VEN)として生成可能とされることを特徴とするものである(図17参照)。 The digital / analog converters (12, 13, OP1, R 2 , MP01, MP02) generate an output power control current (I APC ) obtained by analog conversion of the second digital signal as the enhancement control signal (V EN ). This is characterized in that it is possible (see FIG. 17).
更に別のより好適な実施の形態では、前記誤差増幅器(7)の前記他方の入力端子に供給される前記目標電力信号(VRAMP)は、時分割多重アクセス方式の送信動作タイムスロットにおけるランプアップとランプダウンとを制御可能とされることを特徴とするものである。 In still another more preferred embodiment, the target power signal (V RAMP ) supplied to the other input terminal of the error amplifier (7) is ramped up in a transmission operation time slot of the time division multiple access method. And ramp-down can be controlled.
具体的な実施の形態では、前記初段増幅トランジスタ(QA1)と前記最終段増幅トランジスタ(QA3)と前記初段バイアストランジスタ(QB1)と前記最終段バイアストランジスタ(QB3)の各トランジスタは、MOSトランジスタまたはバイポーラトランジスタであることを特徴とするものである。 In a specific embodiment, each of the first stage amplification transistor (Q A1 ), the last stage amplification transistor (Q A3 ), the first stage bias transistor (Q B1 ), and the last stage bias transistor (Q B3 ) is: It is a MOS transistor or a bipolar transistor.
〔2〕本発明の別の観点の代表的な実施の形態は、初段増幅回路(41)と最終段増幅回路(43)を少なくとも有する多段増幅回路(4)と、電力検出回路(5、6)と、誤差増幅器(7)と、初段バイアス回路(81)と最終段バイアス回路(83)を少なくとも有するバイアス回路(8)と、制御信号増強回路(9)とを具備するRF電力増幅器の動作方法である。 [2] A typical embodiment of another aspect of the present invention includes a multistage amplifier circuit (4) having at least an initial stage amplifier circuit (41) and a final stage amplifier circuit (43), and power detection circuits (5, 6). ), An error amplifier (7), a bias circuit (8) having at least a first stage bias circuit (81) and a last stage bias circuit (83), and a control signal enhancement circuit (9). Is the method.
前記初段バイアス回路(81)の初段バイアス電圧(VGB1)が前記初段増幅回路(41)に供給され、前記初段増幅回路(41)の初段アイドリング電流が決定される。 The first stage bias voltage (V GB1 ) of the first stage bias circuit (81) is supplied to the first stage amplifier circuit (41), and the first stage idling current of the first stage amplifier circuit (41) is determined.
前記最終段バイアス回路(83)の最終段バイアス電圧(VGB3)が前記最終段増幅回路(43)に供給され、前記最終段増幅回路(43)の最終段アイドリング電流が決定される。 The final stage bias voltage (V GB3 ) of the final stage bias circuit (83) is supplied to the final stage amplifier circuit (43), and the final stage idling current of the final stage amplifier circuit (43) is determined.
前記初段増幅回路(41)は入力端子(1)に供給されるRF入力信号(Pin)を増幅可能とされ、前記最終段増幅回路(43)は前記初段増幅回路(41)の初段増幅出力信号に応答して最終段増幅出力信号(Pout)を生成可能とされる。 The first stage amplifier circuit (41) is capable of amplifying the RF input signal (Pin) supplied to the input terminal (1), and the last stage amplifier circuit (43) is a first stage amplified output signal of the first stage amplifier circuit (41). In response to this, the final stage amplified output signal (Pout) can be generated.
前記電力検出回路(5、6)は、前記多段増幅回路(4)の前記最終段増幅回路(43)の前記最終段増幅出力信号(Pout)の信号レベルに応答する電力検出信号(VDET)を生成可能とされる。 The power detection circuit (5, 6) is a power detection signal (V DET ) responsive to the signal level of the final stage amplified output signal (Pout) of the final stage amplifier circuit (43) of the multistage amplifier circuit (4). Can be generated.
前記誤差増幅器(7)の一方の入力端子に前記電力検出信号(VDET)が供給され、前記誤差増幅器(7)の他方の入力端子に目標電力信号(VRAMP)が供給されることによって、前記誤差増幅器(7)の出力端子から電力制御電圧(VAPC)が生成可能とされる。 By supplying the power detection signal (V DET ) to one input terminal of the error amplifier (7) and supplying the target power signal (V RAMP ) to the other input terminal of the error amplifier (7), A power control voltage (V APC ) can be generated from the output terminal of the error amplifier (7).
前記電力制御電圧(VAPC)が前記制御信号増強回路(9)の入力端子に供給されることによって、前記制御信号増強回路(9)の出力端子から増強制御信号(VEN)が生成可能とされる。 When the power control voltage (V APC ) is supplied to the input terminal of the control signal enhancement circuit (9), the enhancement control signal (V EN ) can be generated from the output terminal of the control signal enhancement circuit (9). Is done.
前記制御信号増強回路(9)は所定の非線型の入出力特性を有するものであり、前記電力制御電圧(VAPC)が所定の電圧に到達する以前の前記電力制御電圧(VAPC)の増加に応答する前記増強制御信号(VEN)の増加率よりも前記電力制御電圧(VAPC)が前記所定の電圧に到達した以降の前記電力制御電圧(VAPC)の増加に応答する前記増強制御信号(VEN)の増加率が大きく設定される。 Said control signal enhancement circuit (9) are those having the input-output characteristics of a given non-linear, increases in previous the power control voltage the power control voltage (V APC) reaches a predetermined voltage (V APC) The enhancement control responding to an increase in the power control voltage (V APC ) after the power control voltage (V APC ) reaches the predetermined voltage rather than an increase rate of the enhancement control signal (V EN ) responding to The increase rate of the signal (V EN ) is set large.
前記増強制御信号(VEN)が前記初段バイアス回路(81)と前記最終段バイアス回路(83)とに供給されて、前記初段アイドリング電流と前記最終段アイドリング電流とは前記増強制御信号(VEN)によって制御されることを特徴とするものである(図1参照)。 The enhancement control signal (V EN ) is supplied to the first stage bias circuit (81) and the last stage bias circuit (83), and the first stage idling current and the last stage idling current are the same as the enhancement control signal (V EN). ) (See FIG. 1).
前記実施の形態によれば、ランプアップまたはランプダウンにおいてスイッチングスペクトラムの劣化を軽減するとともに電力効率の低下を軽減することができる。更に前記実施の形態によれば、上述のスイッチングスペクトラムの劣化を軽減するためにRF電力増幅器を構成する多段増幅回路の多段増幅素子のアイドリング電流を決定する際、半導体チップ面積と製造コストとの増加を軽減することができる。 According to the embodiment, it is possible to reduce deterioration of the switching spectrum during ramp-up or ramp-down and reduce power efficiency. Furthermore, according to the above embodiment, when determining the idling current of the multistage amplifying element of the multistage amplifying circuit constituting the RF power amplifier in order to reduce the deterioration of the switching spectrum described above, the semiconductor chip area and the manufacturing cost are increased. Can be reduced.
〔3〕本発明の別の観点の代表的な実施の形態は、初段増幅回路(41)と最終段増幅回路(43)を少なくとも有する多段増幅回路(4)と、初段バイアス回路(81)と最終段バイアス回路(83)を少なくとも有するバイアス回路(8)と、電力検出回路(5、6)とを具備するRF電力増幅器の動作方法である。 [3] A representative embodiment of another aspect of the present invention is that a multistage amplifier circuit (4) having at least a first stage amplifier circuit (41) and a final stage amplifier circuit (43), a first stage bias circuit (81), This is an operation method of an RF power amplifier including a bias circuit (8) having at least a final stage bias circuit (83) and a power detection circuit (5, 6).
前記初段バイアス回路(81)の初段バイアス電圧(VGB1)が前記初段増幅回路(41)に供給され、前記初段増幅回路(41)の初段アイドリング電流が決定される。 The first stage bias voltage (V GB1 ) of the first stage bias circuit (81) is supplied to the first stage amplifier circuit (41), and the first stage idling current of the first stage amplifier circuit (41) is determined.
前記最終段バイアス回路(83)の最終段バイアス電圧(VGB3)が前記最終段増幅回路(43)に供給され、前記最終段増幅回路(43)の最終段アイドリング電流が決定される。 The final stage bias voltage (V GB3 ) of the final stage bias circuit (83) is supplied to the final stage amplifier circuit (43), and the final stage idling current of the final stage amplifier circuit (43) is determined.
前記初段増幅回路(41)は前記RF電力増幅器の入力端子(1)に供給されるRF入力信号(Pin)を増幅可能とされ、前記最終段増幅回路(43)は前記初段増幅回路(41)の初段増幅出力信号に応答して最終段増幅出力信号(Pout)を生成可能とされる。 The first stage amplifier circuit (41) can amplify an RF input signal (Pin) supplied to the input terminal (1) of the RF power amplifier, and the last stage amplifier circuit (43) is capable of amplifying the first stage amplifier circuit (41). In response to the first stage amplified output signal, the last stage amplified output signal (Pout) can be generated.
前記電力検出回路(5、6)は、前記多段増幅回路(4)の前記最終段増幅回路(43)の前記最終段増幅出力信号(Pout)の信号レベルに応答する電力検出信号(VDET)を生成可能とされる。 The power detection circuit (5, 6) is a power detection signal (V DET ) responsive to the signal level of the final stage amplified output signal (Pout) of the final stage amplifier circuit (43) of the multistage amplifier circuit (4). Can be generated.
誤差増幅器(7)と制御信号増強回路(9)と可変利得増幅器(19)とを具備する半導体集積回路(RFIC)が、前記RF電力増幅器に予め接続される。 A semiconductor integrated circuit (RFIC) including an error amplifier (7), a control signal enhancement circuit (9), and a variable gain amplifier (19) is connected in advance to the RF power amplifier.
前記半導体集積回路(RFIC)の前記可変利得増幅器(19)の入力端子にRF送信入力信号(RFin)が供給されることによって、前記可変利得増幅器(19)の出力信号が前記RF入力信号(Pin)として前記RF電力増幅器の前記入力端子(1)に供給可能とされる。 When an RF transmission input signal (RFin) is supplied to an input terminal of the variable gain amplifier (19) of the semiconductor integrated circuit (RFIC), an output signal of the variable gain amplifier (19) is converted to the RF input signal (Pin). ) Can be supplied to the input terminal (1) of the RF power amplifier.
前記半導体集積回路(RFIC)の前記誤差増幅器(7)の一方の入力端子に前記RF電力増幅器の前記電力検出回路(5、6)から生成される前記電力検出信号(VDET)が供給される一方、前記誤差増幅器(7)の他方の入力端子に目標電力信号(VRAMP)が供給されることによって、前記誤差増幅器(7)の出力端子から電力制御電圧(VAPC)が生成可能とされる。 The power detection signal (V DET ) generated from the power detection circuit (5, 6) of the RF power amplifier is supplied to one input terminal of the error amplifier (7) of the semiconductor integrated circuit (RFIC). On the other hand, by supplying the target power signal (V RAMP ) to the other input terminal of the error amplifier (7), a power control voltage (V APC ) can be generated from the output terminal of the error amplifier (7). The
前記電力制御電圧(VAPC)が前記制御信号増強回路(9)の入力端子に供給されることによって、前記制御信号増強回路(9)の出力端子から増強制御信号(VEN)が生成可能とされる。 When the power control voltage (V APC ) is supplied to the input terminal of the control signal enhancement circuit (9), the enhancement control signal (V EN ) can be generated from the output terminal of the control signal enhancement circuit (9). Is done.
前記制御信号増強回路(9)は所定の非線型の入出力特性を有するものであり、前記電力制御電圧(VAPC)が所定の電圧に到達する以前の前記電力制御電圧(VAPC)の増加に応答する前記増強制御信号(VEN)の増加率よりも前記電力制御電圧(VAPC)が前記所定の電圧に到達した以降の前記電力制御電圧(VAPC)の増加に応答する前記増強制御信号(VEN)の増加率が大きく設定される。 Said control signal enhancement circuit (9) are those having the input-output characteristics of a given non-linear, increases in previous the power control voltage the power control voltage (V APC) reaches a predetermined voltage (V APC) The enhancement control responding to an increase in the power control voltage (V APC ) after the power control voltage (V APC ) reaches the predetermined voltage rather than an increase rate of the enhancement control signal (V EN ) responding to The increase rate of the signal (V EN ) is set large.
前記増強制御信号(VEN)が前記可変利得増幅器(19)の利得制御端子に供給されることにより、前記可変利得増幅器(19)の可変利得は前記増強制御信号(VEN)によって制御されることを特徴とするものである(図20参照)。 By supplying the enhancement control signal (V EN ) to the gain control terminal of the variable gain amplifier (19), the variable gain of the variable gain amplifier (19) is controlled by the enhancement control signal (V EN ). (See FIG. 20).
好適な実施の形態では、前記可変利得増幅器(19)の前記入力端子に供給され前記RF送信入力信号(RFin)は、WCDMA方式とEDGE方式とLTE方式とHSUPA方式とのすくなくともいずれかの方式に従ったRF送信信号であることを特徴とするものである(図20参照)。 In a preferred embodiment, the RF transmission input signal (RFin) supplied to the input terminal of the variable gain amplifier (19) is at least one of WCDMA, EDGE, LTE, and HSUPA. The RF transmission signal conforms to the above (see FIG. 20).
2.実施の形態の詳細
次に、実施の形態について更に詳述する。尚、発明を実施するための最良の形態を説明するための全図において、前記の図と同一の機能を有する部品には同一の符号を付して、その繰り返しの説明は省略する。
2. Details of Embodiment Next, the embodiment will be described in more detail. In all the drawings for explaining the best mode for carrying out the invention, components having the same functions as those in the above-mentioned drawings are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof is omitted.
[実施の形態1]
《RF電力増幅器の構成》
図1は、本発明の実施の形態1によるRF電力増幅器の構成を示す図である。
[Embodiment 1]
<< Configuration of RF power amplifier >>
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an RF power amplifier according to
図1に示す本発明の実施の形態1によるRF電力増幅器が、図23に示した本発明に先立って本発明者等によって検討されたRF電力増幅器と相違するのは、次の点である。 The RF power amplifier according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 is different from the RF power amplifier examined by the present inventors prior to the present invention shown in FIG. 23 in the following points.
すなわち、図1に示す本発明の実施の形態1によるRF電力増幅器には、図23のRF電力増幅器には含まれていなかった制御信号増強回路(EN)9が追加されている。制御信号増強回路(EN)9は、誤差増幅器7から生成される出力電力制御電圧VAPCに応答して増強制御信号VENを生成してバイアス回路8の第1バイアス回路81と第2バイアス回路82と第3バイアス回路83とに供給する。
That is, a control signal enhancement circuit (EN) 9 that is not included in the RF power amplifier of FIG. 23 is added to the RF power amplifier according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. The control signal enhancement circuit (EN) 9 generates the enhancement control signal V EN in response to the output power control voltage V APC generated from the
図2は、図1に示した本発明の実施の形態1によるRF電力増幅器の制御信号増強回路(EN)9の特性を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing the characteristics of the control signal enhancement circuit (EN) 9 of the RF power amplifier according to the first embodiment of the present invention shown in FIG.
図2に示すように、制御信号増強回路(EN)9を具備しないRF電力増幅器のRF出力電力Poutが最大出力(飽和)に近づいて線形特性Lと比較して制御利得(=ΔPout/ΔVAPC)が低下を開始する動作領域から逆に増強制御信号VENの値の増加率が増大する。すなわち、制御利得(=ΔPout/ΔVAPC)の低下の開始以前での増強制御信号VENの増加率より、制御利得(=ΔPout/ΔVAPC)の低下の開始以降での増強制御信号VENの増加率が大きく設定されている。 As shown in FIG. 2, the RF output power Pout of the RF power amplifier not provided with the control signal enhancement circuit (EN) 9 approaches the maximum output (saturation), and compared with the linear characteristic L, the control gain (= ΔPout / ΔV APC On the contrary, the increase rate of the value of the enhancement control signal V EN increases from the operation region where the decrease starts. That is, the control gain (= ΔPout / ΔV APC) than the increase rate of the enhanced control signal V EN starting a previous reduction in the control gain (= ΔPout / ΔV APC) after the start in the enhanced control signal V EN of the decrease in the Increase rate is set large.
図3は、制御信号増強回路(EN)9を具備した本発明の実施の形態1によるRF電力増幅器の特性を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing the characteristics of the RF power amplifier according to the first embodiment of the present invention having the control signal enhancement circuit (EN) 9.
すなわち、図3において、特性Poutは制御信号増強回路(EN)9を具備しない図23に示したRF電力増幅器のRF出力電力を示す一方、特性Pout_ENは制御信号増強回路(EN)9を具備する図1に示した本発明の実施の形態1によるRF電力増幅器のRF出力電力を示すものである。
That is, in FIG. 3, the characteristic Pout indicates the RF output power of the RF power amplifier shown in FIG. 23 that does not include the control signal enhancement circuit (EN) 9, while the characteristic Pout_EN includes the control signal enhancement circuit (EN) 9. FIG. 2 shows RF output power of the RF power amplifier according to
図1に示した本発明の実施の形態1によるRF電力増幅器が図2に示した制御特性を有する制御信号増強回路(EN)9を具備するので、図3に示すように特性Poutの制御利得(=ΔPout_EN/ΔVAPC)の低下が制御信号増強回路(EN)9の増強制御信号VENの増加によって補償される。 Since the RF power amplifier according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 includes the control signal enhancement circuit (EN) 9 having the control characteristics shown in FIG. 2, the control gain of the characteristic Pout as shown in FIG. A decrease in (= ΔPout_EN / ΔV APC ) is compensated by an increase in the enhancement control signal V EN of the control signal enhancement circuit (EN) 9.
すなわち、図2に示した制御特性を有する制御信号増強回路(EN)9を具備する図1に示した本発明の実施の形態1によるRF電力増幅器のRF出力電力特性Pout_ENは、出力電力制御電圧VAPCに応答して、略線形特性Lを維持したままで、比較的早期に最大出力電力(飽和)に到達する。その結果、最大出力電力(飽和)に到達するまでの線形特性Lでは、制御利得(=ΔPout_EN/ΔVAPC)の低下は無視可能なレベルまで低減されることが可能となる。 That is, the RF output power characteristic Pout_EN of the RF power amplifier according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 having the control signal enhancement circuit (EN) 9 having the control characteristics shown in FIG. In response to V APC , the maximum output power (saturation) is reached relatively early while maintaining the substantially linear characteristic L. As a result, in the linear characteristic L until the maximum output power (saturation) is reached, the decrease in the control gain (= ΔPout_EN / ΔV APC ) can be reduced to a negligible level.
従って、最大出力電力(飽和)に近づいた場合において、自動電力制御(APC)ループのループ帯域の低下も同様に低減されることが可能となる。 Accordingly, when the maximum output power (saturation) is approached, the reduction of the loop band of the automatic power control (APC) loop can be similarly reduced.
このようにして、図2に示した制御特性を有する制御信号増強回路(EN)9を具備する図1に示した本発明の実施の形態1によるRF電力増幅器によれば、最大出力電力(飽和)の付近でRF出力電力Pout_ENを変化する際に応答の遅れを低減できるので、ランプアップとランプダウンにおいてスイッチングスペクトラムの劣化を軽減することが可能となる。 Thus, according to the RF power amplifier according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 having the control signal enhancement circuit (EN) 9 having the control characteristics shown in FIG. ), The response delay can be reduced when the RF output power Pout_EN is changed, so that it is possible to reduce the deterioration of the switching spectrum during ramp-up and ramp-down.
更に図1に示した本発明の実施の形態1によるRF電力増幅器によれば、制御信号増強回路(EN)9の有無に関わらず、多段増幅回路4の初段増幅回路41と中間段増幅回路42と最終段増幅回路43のバイアスのバランスは変化せず、ランプアップ時とランプダウン時の出力電力制御電圧VAPCに応答するRF出力電力Pout_ENの制御領域を略最大出力電力(飽和)の付近とすることが可能なため、最大出力電力(飽和)の良好な電力効率と略同等の電力効率を実現することが可能となる。
Further, according to the RF power amplifier according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1, the first
《RF電力増幅器の具体的な構成》
従って、図1に示す本発明の実施の形態1によるRF電力増幅器は、RF信号入力端子1、RF信号出力端子2、ランプ制御端子3、多段増幅回路4、電力結合器5、電力検出器6、誤差増幅器7、バイアス回路8、制御信号増強回路(EN)9によって構成されている。
<< Specific configuration of RF power amplifier >>
Therefore, the RF power amplifier according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 includes an RF
RF信号入力端子1には、携帯電話端末に搭載されるRF信号処理半導体集積回路(RFIC)の送信信号処理ユニットで生成されるRF入力信号Pinが供給される。RF入力信号Pinは多段増幅回路4の初段増幅回路41と中間段増幅回路42と最終段増幅回路43によって逐次増幅されて、最終段増幅回路43の増幅出力信号は電力結合器5の主線路を介してRF信号出力端子2からRF出力信号Poutとして出力される。
The RF
電力結合器5の主線路と電磁気的かつ静電容量的に結合された電力結合器5の副線路には、RF出力信号Poutの一部が伝達される。その結果、電力結合器5の副線路に入力端子が接続された電力検出器6は、RF出力信号Poutの信号レベルに比例する電力検出電圧VDETを生成して誤差増幅器7の一方の入力端子に供給する。ランプアップとランプダウンのためにランプ制御端子3を介して誤差増幅器7の他方の入力端子に供給されるランプ電圧VRAMPは、RF信号処理半導体集積回路(RFIC)に内蔵のランプD/A変換器のアナログ出力端子から生成される。ランプアップとランプダウンとのためのデジタルランプデータはベースバンド信号処理LSIの内部で生成され、ベースバンド信号処理LSIからデジタルインターフェースを介してデジタルランプデータがRF信号処理半導体集積回路(RFIC)に内蔵のランプD/A変換器のデジタル入力端子に供給される。
A part of the RF output signal Pout is transmitted to the subline of the
誤差増幅器(EA)7は一方の入力端子の電力検出電圧VDETと他方の入力端子のランプ電圧VRAMPとの差を検出して、その差に比例する出力電力制御電圧VAPCを生成して制御信号増強回路(EN)9の入力端子に供給する。 The error amplifier (EA) 7 detects the difference between the power detection voltage V DET at one input terminal and the ramp voltage V RAMP at the other input terminal, and generates an output power control voltage V APC proportional to the difference. The signal is supplied to the input terminal of the control signal enhancement circuit (EN) 9.
制御信号増強回路(EN)9は、誤差増幅器(EA)7から生成される出力電力制御電圧VAPCに応答して増強制御信号VENを生成してバイアス回路8の第1バイアス回路81と第2バイアス回路82と第3バイアス回路83とに供給する。
The control signal enhancement circuit (EN) 9 generates an enhancement control signal V EN in response to the output power control voltage V APC generated from the error amplifier (EA) 7 and the
図1には示されてはいないが、第1バイアス回路81と第2バイアス回路82と第3バイアス回路83は、それぞれ第1バイアストランジスタと第2バイアストランジスタと第3バイアストランジスタを含んでいる。第1バイアス回路81の第1バイアストランジスタは初段増幅回路41の初段増幅トランジスタとカレントミラー接続されて、第2バイアス回路82の第2バイアストランジスタは中間段増幅回路42の中間段増幅トランジスタとカレントミラー接続されて、第3バイアス回路83の第3バイアストランジスタは最終段増幅回路43の最終段増幅トランジスタとカレントミラー接続されている。
Although not shown in FIG. 1, the
図1には示されてはいないが、制御信号増強回路(EN)9からバイアス回路8に供給される増強制御信号VENは、実際には第1バイアス電流と第2バイアス電流と第3バイアス電流となっている。すなわち、増強制御信号VENとしての第1バイアス電流と第2バイアス電流と第3バイアス電流は、図2に示した増強制御信号VENの非線型の増加率で出力電力制御電圧VAPCに応答して変化するものである。
Although not shown in FIG. 1, the enhancement control signal V EN supplied from the control signal enhancement circuit (EN) 9 to the
第1バイアス電流が第1バイアス回路81の第1バイアストランジスタに流入することで、第1バイアストランジスタから第1バイアス電圧VGB1が生成される。更に第2バイアス電流が第2バイアス回路82の第2バイアストランジスタに流入することで、第2バイアストランジスタからは第2バイアス電圧VGB2が生成される。同様に第3バイアス電流が第3バイアス回路83の第3バイアストランジスタに流入することで、第3バイアストランジスタから第3バイアス電圧VGB3が生成される。
When the first bias current flows into the first bias transistor of the
第1バイアス電圧VGB1は初段増幅回路41の初段増幅MOSトランジスタのゲートに供給されて、初段増幅トランジスタのアイドリング電流が決定される。更に、第2バイアス電圧VGB2は中間段増幅回路42の中間段増幅MOSトランジスタのゲートに供給され、中間段増幅トランジスタのアイドリング電流が決定される。同様に第3バイアス電圧VGB3は最終段増幅回路43の最終段増幅MOSトランジスタのゲートに供給され、最終段増幅トランジスタのアイドリング電流が決定される。
The first bias voltage V GB1 is supplied to the gate of the first stage amplification MOS transistor of the first
その結果、初段増幅回路41の初段増幅トランジスタのアイドリング電流と中間段増幅回路42の中間段増幅トランジスタのアイドリング電流と最終段増幅回路43の最終段増幅トランジスタのアイドリング電流とは、図2に示した増強制御信号VENの非線型の増加率で出力電力制御電圧VAPCに応答して変化するものである。
As a result, the idling current of the first stage amplifying transistor of the first
このように図1に示した本発明の実施の形態1によるRF電力増幅器によれば、制御利得(=ΔPout_EN/ΔVAPC)の低下を補償するための多段増幅回路4の初段増幅回路41と中間段増幅回路42と最終段増幅回路43との各増幅素子のアイドリング電流の変化率が増強制御信号VENを出力する制御信号増強回路(EN)9によって共通に決定されるので、半導体チップ面積と製造コストの増大を軽減することが可能となる。
As described above, according to the RF power amplifier according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1, the first
《増強制御信号の非線型特性の具体例》
図4は、図2に示した図1の本発明の実施の形態1によるRF電力増幅器の制御信号増強回路(EN)9の増強制御信号VENの非線型特性の具体例を示す図である。
《Specific example of nonlinear characteristics of enhancement control signal》
FIG. 4 is a diagram showing a specific example of the nonlinear characteristic of the enhancement control signal V EN of the control signal enhancement circuit (EN) 9 of the RF power amplifier according to the first embodiment of the present invention of FIG. 1 shown in FIG. .
図4に示した具体例では、出力電力制御電圧VAPCが所定の値に到達する以前では増強制御信号VENの値は線形特性Lに従って変化する一方、出力電力制御電圧VAPCが所定の値に到達した後は増強制御信号VENの値は線形特性Lに2乗特性が加算された特性LENに従って変化するように設定されたものである。 In the specific example shown in FIG. 4, before the output power control voltage V APC reaches a predetermined value, the value of the boost control signal V EN changes according to the linear characteristic L, while the output power control voltage V APC has a predetermined value. After reaching the value, the value of the enhancement control signal V EN is set so as to change according to the characteristic L EN obtained by adding the square characteristic to the linear characteristic L.
《電力検出器の入出力特性》
図5は、図1に示した本発明の実施の形態1によるRF電力増幅器に含まれた電力検出器6の入出力特性の一例を示す図である。
<Input / output characteristics of power detector>
FIG. 5 is a diagram showing an example of input / output characteristics of the
図5の特性LDETに示したように、電力検出器6の入力端子の入力電力PIN_DETの対数値の変化に比例して電力検出器6の出力端子の電力検出電圧VDETは変化するものである。
As shown in the characteristic L DET in FIG. 5, the power detection voltage V DET at the output terminal of the
図6は、図1に示した本発明の実施の形態1によるRF電力増幅器に含まれた電力検出器6の入出力特性の他の例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing another example of input / output characteristics of the
図6に特性LDETに示したように、電力検出器6の入力端子の入力電力PIN_DETが所定の値に到達する以前では電力検出器6の入力電力PIN_DETの対数値の変化に比例して電力検出器6の出力端子の電力検出電圧VDETは変化する。一方、図6に特性LDET_ENに示したように、入力電力PIN_DETが所定の値に到達した後では電力検出電圧VDETの値は線形特性Lに従って変化する。
As shown by the characteristic L DET in FIG. 6, before the input power P IN_DET at the input terminal of the
その結果、図6に示した入出力特性を有する電力検出器6の使用によって、図1に示した本発明の実施の形態1によるRF電力増幅器が高出力レベルのRF出力信号Poutを出力する際の制御性を向上することが可能となる。
As a result, when the
《制御信号増強回路の具体例》
図7は、図1の本発明の実施の形態1によるRF電力増幅器の制御信号増強回路(EN)9の具体例を示す図である。
《Specific example of control signal enhancement circuit》
FIG. 7 is a diagram showing a specific example of the control signal enhancement circuit (EN) 9 of the RF power amplifier according to the first embodiment of the present invention shown in FIG.
図7に示すように、制御信号増強回路(EN)9は電圧・電流変換回路VICと電流2乗回路CS1とを含んでいる。 As shown in FIG. 7, the control signal enhancement circuit (EN) 9 includes a voltage / current conversion circuit VIC and a current squaring circuit CS1.
電圧・電流変換回路VICは、抵抗R1、R2、R3と演算増幅器OP1と基準電圧VREFとPチャネルMOSトランジスタMP01、MP02、MP03と、NチャネルMOSトランジスタMN11、MN12と、オフセット電流IOFFSETと、初期電流IINTとを含んでいる。 Voltage-to-current converter circuit VIC includes resistors R1, R2, R3 and an operational amplifier OP1 and a reference voltage V REF and P-channel MOS transistors MP01, MP02, MP03, and N-channel MOS transistors MN11, MN12, and the offset current I OFFSET, And an initial current I INT .
電流2乗回路CS1は、PチャネルMOSトランジスタMP21、MP22、MP23、MP24と基準電流IREFとを含んでいる。 Current squaring circuit CS1 includes a P-channel MOS transistors MP21, MP22, MP23, MP24 and the reference current I REF.
出力電力制御電圧VAPCは電圧・電流変換回路VICの抵抗R1、R2、R3と演算増幅器OP1と基準電圧VREFとPチャネルMOSトランジスタMP01によって、変換電流IAPC0に変換される。演算増幅器OP1の非反転入力端子と反転出力端子の電位は等しくなるので、下記の式(1)が成立する。 Output power control voltage V APC by resistors R1, R2, R3 and an operational amplifier OP1 and a reference voltage V REF and P-channel MOS transistor MP01 of the voltage-current conversion circuit VIC, is converted into conversion current I APC0. Since the potentials of the non-inverting input terminal and the inverting output terminal of the operational amplifier OP1 are equal, the following equation (1) is established.
上記式(1)を変換することによって、PチャネルMOSトランジスタMP01に流れる変換電流IAPC0は、下記の式(2)によって算出される。 By converting the above equation (1), the conversion current I APC0 flowing through the P-channel MOS transistor MP01 is calculated by the following equation (2).
3個のPチャネルMOSトランジスタMP01、MP02、MP03のソース・ゲート電圧は互いに同一であるので、PチャネルMOSトランジスタMP01、MP02、MP03のトランジスタサイズをn01、n02、n03とすると、3個のPチャネルMOSトランジスタのドレイン電流はこのトランジスタサイズに比例する。 Since the source / gate voltages of the three P-channel MOS transistors MP01, MP02, and MP03 are the same, assuming that the transistor sizes of the P-channel MOS transistors MP01, MP02, and MP03 are n01, n02, and n03, three P-channel MOS transistors The drain current of the MOS transistor is proportional to the transistor size.
従って、PチャネルMOSトランジスタMP03に流れる電流IAPC_LINは、下記の式(3)によって算出される。 Therefore, the current I APC_LIN flowing through the P-channel MOS transistor MP03 is calculated by the following equation (3).
一方、PチャネルMOSトランジスタMP02に流れる電流とオフセット電流IOFFSETとの差分が、カレントミラーのNチャネルMOSトランジスタMN11、MN12を介して電流2乗回路CS1の入力電流ISQ_INとなり、この入力電流ISQ_INは、下記の式(4)によって算出される。ここで、カレントミラーのNチャネルMOSトランジスタMN11、MN12のトランジスタサイズをn11、n12とする。 On the other hand, the difference between the current flowing through the P-channel MOS transistor MP02 and the offset current I OFFSET becomes the input current I SQ_IN of the current square circuit CS1 via the N-channel MOS transistors MN11 and MN12 of the current mirror, and this input current I SQ_IN Is calculated by the following equation (4). Here, the transistor sizes of the N-channel MOS transistors MN11 and MN12 of the current mirror are n11 and n12.
電流2乗回路CS1に含まれた4個のPチャネルMOSトランジスタMP21、MP22、MP23、MP24はサブスレッシュホールド領域で動作するように、電流2乗回路CS1に供給される電圧・電流変換回路VICとカレントミラーのNチャネルMOSトランジスタMN11、MN12から供給される入力電流ISQ_INの最大出力電流の値が設定されている。 The four P-channel MOS transistors MP21, MP22, MP23, and MP24 included in the current square circuit CS1 are connected to the voltage / current conversion circuit VIC supplied to the current square circuit CS1 so as to operate in the subthreshold region. The maximum output current value of the input current I SQ_IN supplied from the N-channel MOS transistors MN11 and MN12 of the current mirror is set.
一方、良く知られているように、MOSトランジスタのゲート・ソース間電圧VGSがしきい値電圧Vthより低い条件では弱反転層によるドレイン電流IDがゼロとならずに、ゲート・ソース間電圧VGSの減少と伴にドレイン電流IDが指数関数的に減少する。 On the other hand, as is well known, the drain current ID due to the weak inversion layer does not become zero under the condition that the gate-source voltage V GS of the MOS transistor is lower than the threshold voltage Vth. drain current I D to decrease the wake of the V GS decreases exponentially.
これがサブスレッシュホールドリーク電流と呼ばれ、下記の式(5)によって算出される。 This is called a subthreshold leakage current and is calculated by the following equation (5).
ここで、ISOとζとはMOSトランジスタの製造プロセスによって決定される定数であって、ζ>1は理想からの誤差を表す誤差係数である。また、熱電圧VTはVT=kT/qであり、kはボルツマン定数であり、Tは絶対温度であり、qは電子の電荷量である。ここではISOを飽和電流と呼ぶことにする。 Here, ISO and ζ are constants determined by the manufacturing process of the MOS transistor, and ζ> 1 is an error coefficient representing an error from the ideal. The thermal voltage V T is V T = kT / q, k is the Boltzmann constant, T is the absolute temperature, and q is the charge amount of electrons. It will be referred to herein as the saturation current I SO.
上記の式(5)を変形することによって、下記の式(6)が算出される。 The following equation (6) is calculated by modifying the above equation (5).
この式(6)より、サブスレッシュホールド特性のMOSトランジスタのゲート-ソース間電圧VGSは、飽和電流ISO対ドレイン電流IDの比によって決定されることが理解できる。 From this equation (6), it can be understood that the gate-source voltage V GS of the sub-threshold MOS transistor is determined by the ratio of the saturation current ISO to the drain current ID .
すなわち、出力電力制御電圧VAPCの最大値に応答して電圧・電流変換回路VICとカレントミラーのNチャネルMOSトランジスタMN11、MN12とから電流2乗回路CS1に入力電流ISQ_INの最大出力電流の値が供給される際に、式(6)の飽和電流ISO対ドレイン電流IDの比の上限値を設定することによってゲート・ソース間電圧VGSがしきい値電圧Vthよりも低い条件を維持することが重要である。 That is, the value of the maximum output current of the input current I SQ_IN from the voltage / current conversion circuit VIC and the N-channel MOS transistors MN11 and MN12 of the current mirror to the current squaring circuit CS1 in response to the maximum value of the output power control voltage V APC Is maintained, the gate-source voltage V GS is kept lower than the threshold voltage Vth by setting the upper limit value of the ratio of the saturation current ISO to the drain current ID in equation (6) It is important to.
ここで、計算の簡素化のために、上記の式(6)を変形することによって、下記の式(7)が算出される。 Here, in order to simplify the calculation, the following equation (7) is calculated by modifying the above equation (6).
すなわち、この式(7)の定数C0と定数C1とは、上記の式(6)の飽和電流ISOと誤差係数と熱電圧との積ζVTとに対応している。 That is, the constant C 0 and a constant C 1 of the formula (7), and corresponds to a product ZetaV T between the saturation current I SO and the error coefficient and thermal voltage of the above formula (6).
電流2乗回路CS1の4個のPチャネルMOSトランジスタMP21、MP22、MP23、MP24のゲート・ソース間電圧VGSをそれぞれ、VGS21、VGS22、VGS23、VGS24とし、各トランジスタのトランジスタサイズをn21、n22、n23、n24とする。直列接続のトランジスタMP21、MP22のドレイン電流が電流2乗回路CS1の入力電流ISQ_INであり、トランジスタMP23のドレイン電流が基準電流IREFであり、トランジスタMP24のドレイン電流が電流2乗回路CS1の出力電流IAPC_SQであるので、下記の式(8)が算出される。 The gate-source voltages V GS of the four P-channel MOS transistors MP21, MP22, MP23, and MP24 of the current squaring circuit CS1 are V GS21 , V GS22 , V GS23 , and V GS24 , respectively. Let n21, n22, n23, and n24. The drain currents of the transistors MP21 and MP22 connected in series are the input current I SQ_IN of the current square circuit CS1, the drain current of the transistor MP23 is the reference current I REF , and the drain current of the transistor MP24 is the output of the current square circuit CS1 Since it is the current I APC_SQ , the following equation (8) is calculated.
直列接続のトランジスタMP21、MP22のゲート・ソース間電圧VGSの和とトランジスタMP23、MP24のゲート・ソース間電圧VGSの和とが等しいことから、下記の式(9)が算出される。 Since the sum of the gate-source voltages V GS of the transistors MP21 and MP22 connected in series is equal to the sum of the gate-source voltages V GS of the transistors MP23 and MP24, the following equation (9) is calculated.
上記の式(9)に上記の式(8)を代入すると、下記の式(10)の関係が算出される。 When the above equation (8) is substituted into the above equation (9), the relationship of the following equation (10) is calculated.
上記の式(10)から、電流2乗回路CS1の出力電流IAPC_SQは入力電流ISQ_INの2乗に比例することが理解される。 From the above equation (10), it is understood that the output current I APC_SQ of the current squaring circuit CS1 is proportional to the square of the input current I SQ_IN .
電流2乗回路CS1の入力電流ISQ_INがゼロの場合には、直列接続のトランジスタMP21、MP22にドレイン電流が流れないため、トランジスタMP23のゲート電圧が略電源電圧VDDとなり、トランジスタMP23に基準電流IREFが流れない状態となる。この状態から電流2乗回路CS1に入力電流ISQ_INが供給された時点からトランジスタMP23には基準電流IREFが流れ始めるので、電流2乗回路CS1の電流2乗変換動作に応答遅延が発生する可能性がある。 When the input current I SQ_IN of the current squaring circuit CS1 is zero, the drain current does not flow through the serially connected transistors MP21 and MP22 . Therefore, the gate voltage of the transistor MP23 becomes substantially the power supply voltage V DD and the transistor MP23 has a reference current. I REF does not flow. Since the reference current I REF starts to flow through the transistor MP23 from the time when the input current I SQ_IN is supplied to the current square circuit CS1 from this state, a response delay may occur in the current square conversion operation of the current square circuit CS1. There is sex.
この応答遅延を低減するために、初期電流IINTが電流2乗回路CS1の直列接続のトランジスタMP21、MP22のソース・ドレイン電流経路と接地電圧GNDとの間に接続される。従って、入力電流ISQ_INとともに数μA程度の電流に設定された初期電流IINTが電流2乗回路CS1の入力端子に流れるので、上記の式(10)は下記の式(11)のようになる。 In order to reduce this response delay, the initial current I INT is connected between the source / drain current path of the transistors MP21 and MP22 connected in series in the current square circuit CS1 and the ground voltage GND. Therefore, since the initial current I INT set to a current of about several μA together with the input current I SQ_IN flows to the input terminal of the current squaring circuit CS1, the above equation (10) becomes the following equation (11): .
図7に示したように電圧・電流変換回路VICと電流2乗回路CS1とを含む制御信号増強回路(EN)9の回路ノードCNでは、上記の式(3)のPチャネルMOSトランジスタMP03に流れる電流IAPC_LINと上記の式(11)の電流2乗回路CS1の出力電流IAPC_SQとが加算されて、出力電力制御電流IAPCが生成される。この出力電力制御電流IAPCは、下記の式(12)のようになる。 As shown in FIG. 7, in the circuit node CN of the control signal enhancement circuit (EN) 9 including the voltage / current conversion circuit VIC and the current square circuit CS1, the current flows to the P-channel MOS transistor MP03 of the above equation (3). The current I APC_LIN and the output current I APC_SQ of the current squaring circuit CS1 of the above equation (11) are added to generate the output power control current I APC . This output power control current I APC is expressed by the following equation (12).
上記の式(12)から、出力電力制御電流IAPCは、出力電力制御電圧VAPCの1乗と2乗とに比例することが理解される。 From the above equation (12), it is understood that the output power control current I APC is proportional to the first power and the second power of the output power control voltage V APC .
図8は、図7に示したように電圧・電流変換回路VICと電流2乗回路CS1とを含む制御信号増強回路(EN)9の出力電力制御電流IAPCの出力電力制御電圧VAPCの変化に応答する変化特性を示す図である。 FIG. 8 shows changes in the output power control voltage V APC of the output power control current I APC of the control signal enhancement circuit (EN) 9 including the voltage / current conversion circuit VIC and the current squaring circuit CS1 as shown in FIG. It is a figure which shows the change characteristic which responds to.
図8では、特性L1は線形特性(出力電力制御電圧VAPCの1乗特性)を示している一方、特性L2は上記の式(12)による特性を示している。 In FIG. 8, the characteristic L1 represents a linear characteristic (the first power characteristic of the output power control voltage V APC ), while the characteristic L2 represents the characteristic according to the above equation (12).
図8から理解できるように、出力電力制御電圧VAPCが第1所定電圧V0(=0.384ボルト)に到達する以前では、出力電力制御電流IAPCはゼロとなって、出力電力制御電圧VAPCが第1所定電圧V0から第2所定電圧V1(=0.977ボルト)までの間では出力電力制御電流IAPCは線形特性L1に従って変化して、出力電力制御電圧VAPCが第2所定電圧V1に到達した以降は上記の式(12)による1乗特性と2乗特性の合成特性L2に従って変化するものである。 As can be understood from FIG. 8, before the output power control voltage V APC reaches the first predetermined voltage V 0 (= 0.384 volts), the output power control current I APC becomes zero, and the output power control voltage When V APC is between the first predetermined voltage V 0 and the second predetermined voltage V 1 (= 0.997 volts), the output power control current I APC varies according to the linear characteristic L1, and the output power control voltage V APC is 2 after having reached the predetermined voltages V 1 is to vary according to the synthetic characteristic L2 of the first power property and the square-law characteristic according to the aforementioned equation (12).
図9は、図1の本発明の実施の形態1によるRF電力増幅器の制御信号増強回路(EN)9の他の具体例を示す図である。 FIG. 9 is a diagram showing another specific example of the control signal enhancement circuit (EN) 9 of the RF power amplifier according to the first embodiment of the present invention shown in FIG.
図9に示す制御信号増強回路(EN)9が図7に示した制御信号増強回路(EN)9と相違するのは、図9の4個のPチャネルMOSトランジスタMP21、MP22、MP23、MP24が4個のPNPバイポーラトランジスタQP21、QP22、QP23、QP24に置換されていることである。 The control signal enhancement circuit (EN) 9 shown in FIG. 9 is different from the control signal enhancement circuit (EN) 9 shown in FIG. 7 in that the four P-channel MOS transistors MP21, MP22, MP23, and MP24 in FIG. It is replaced with four PNP bipolar transistors QP21, QP22, QP23, QP24.
一方、良く知られているように、バイポーラトランジスタのコレクタ電流ICは、飽和電流ISOと電子の電荷量qとボルツマン定数kと絶対温度Tと熱電圧VTとベース・エミッタ間電圧VBEとによって、下記の式(13)によって算出される。 On the other hand, as is well known, the collector current I C of the bipolar transistor, the saturation current I SO and electron charge amount q and the Boltzmann constant k and absolute temperature T and the thermal voltage V T and the base-emitter voltage V BE Is calculated by the following equation (13).
上記の式(13)を変形することによって、下記の式(14)が算出される。 By transforming the above equation (13), the following equation (14) is calculated.
この式(14)より、バイポーラトランジスタのベース・エミッタ間電圧VBEは、飽和電流ISO対コレクタ電流ICの比によって決定されることが理解できる。 From this equation (14), the base-emitter voltage V BE of the bipolar transistor can be understood to be determined by the ratio of the saturation current I SO versus collector current I C.
電流2乗回路CS1の4個のバイポーラトランジスタQP21、QP22、QP23、QP24のベース・エミッタ間電圧VBEをそれぞれVBE21、VBE22、VBE23、VBE24とし、各トランジスタのトランジスタサイズをn21、n22、n23、n24とする。直列接続のトランジスタQP21、QP22のコレクタ電流が電流2乗回路CS1の入力電流ISQ_INであり、トランジスタQP23のコレクタ電流が基準電流IREFであり、トランジスタQP24のコレクタ電流が電流2乗回路CS1の出力電流IAPC_SQであるので、下記の式(15)が算出される。 The base-emitter voltages V BE of the four bipolar transistors QP21, QP22, QP23, and QP24 of the current squaring circuit CS1 are respectively V BE21 , V BE22 , V BE23 , and V BE24, and the transistor sizes of the transistors are n21 and n22 , N23, and n24. The collector currents of the transistors QP21 and QP22 connected in series are the input current I SQ_IN of the current square circuit CS1, the collector current of the transistor QP23 is the reference current I REF , and the collector current of the transistor QP24 is the output of the current square circuit CS1 Since it is the current I APC_SQ , the following equation (15) is calculated.
直列接続のトランジスタQP21、QP22のベース・エミッタ間電圧VBEの和とトランジスタQP23、QP24のベース・エミッタ間電圧VBEの和とが等しいことから、下記の式(16)が算出される。 Since the sum of the base-emitter voltages V BE of the transistors QP21 and QP22 connected in series is equal to the sum of the base-emitter voltages V BE of the transistors QP23 and QP24, the following equation (16) is calculated.
上記の式(16)に上記の式(15)を代入すると、下記の式(17)の関係が算出される。 When the above equation (15) is substituted into the above equation (16), the relationship of the following equation (17) is calculated.
上記の式(17)から、図9に示す制御信号増強回路(EN)9の電流2乗回路CS1の出力電流IAPC_SQは入力電流ISQ_INの2乗に比例することが理解される。 From the above equation (17), it is understood that the output current I APC_SQ of the current square circuit CS1 of the control signal enhancement circuit (EN) 9 shown in FIG. 9 is proportional to the square of the input current I SQ_IN .
図9に示す制御信号増強回路(EN)9の動作機能は、図7に示した制御信号増強回路(EN)9と全く等価であることが理解される。尚、図7と図9に示した制御信号増強回路(EN)9に含まれる電流2乗回路CS1は、トランスリニアと呼ばれ、トランジスタの直列接続を3個に増加することで、3乗に比例する出力電流が得られ、トランジスタの直列接続を4個に増加することで、4乗に比例する出力電流が得られる。 It is understood that the operation function of the control signal enhancement circuit (EN) 9 shown in FIG. 9 is completely equivalent to that of the control signal enhancement circuit (EN) 9 shown in FIG. Note that the current squaring circuit CS1 included in the control signal enhancement circuit (EN) 9 shown in FIG. 7 and FIG. 9 is called translinear, and is increased to the third power by increasing the number of transistors connected in series to three. A proportional output current can be obtained, and an output current proportional to the fourth power can be obtained by increasing the series connection of the transistors to four.
図10は、図1に示した本発明の実施の形態1によるRF電力増幅器の多段増幅回路4とバイアス回路8と制御信号増強回路(EN)9の構成をより詳細に示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing in more detail the configuration of
尚、図10では図示されていないが、応答遅延を低減するために、初期電流IINTが電流2乗回路CS1の直列接続のトランジスタMP21、MP22のソース・ドレイン電流経路と接地電圧GNDとの間に接続される。 Although not shown in FIG. 10, in order to reduce the response delay, the initial current I INT is between the source / drain current paths of the series-connected transistors MP21 and MP22 of the current square circuit CS1 and the ground voltage GND. Connected to.
図10に示すように、RF入力信号Pinは、入力インピーダンス整合回路91を介して多段増幅回路4の初段増幅回路41の入力端子に供給される。
As shown in FIG. 10, the RF input signal Pin is supplied to the input terminal of the first
初段増幅回路41の初段増幅トランジスタであるソース接地NチャネルMOSトランジスタQA1のドレインは、負荷としてのインダクタを介して、電源電圧VDDに接続されている。第1バイアス回路81の第1バイアストランジスタであるソース接地NチャネルMOSトランジスタQB1のドレインとゲートとは、抵抗RB1を介してNチャネルMOSトランジスタQA1のゲートとカレントミラー接続されている。NチャネルMOSトランジスタQA1のドレインに生成されるRF初段増幅信号は、第1段間インピーダンス整合回路92を介して中間段増幅回路42の入力端子に供給される。
Drain of the source grounded N-channel MOS transistor Q A1 is the first stage amplifier transistor of the first-
中間段増幅回路42の中間段増幅トランジスタであるソース接地NチャネルMOSトランジスタQA2のドレインは、負荷としてのインダクタを介して、電源電圧VDDに接続されている。第2バイアス回路82の第2バイアストランジスタであるソース接地NチャネルMOSトランジスタQB2のドレインとゲートとは、抵抗RB2を介してNチャネルMOSトランジスタQA2のゲートとカレントミラー接続されている。NチャネルMOSトランジスタQA2のドレインに生成されるRF中間段増幅信号は、第2段間インピーダンス整合回路93を介して最終段増幅回路43の入力端子に供給される。
Drain of the source grounded N-channel MOS transistor Q A2 is an intermediate stage amplifying transistor of the intermediate-
最終段増幅回路43の最終段増幅トランジスタであるソース接地NチャネルMOSトランジスタQA3のドレインは、負荷としてのインダクタを介して、電源電圧VDDに接続されている。第3バイアス回路83の第3バイアストランジスタであるソース接地NチャネルMOSトランジスタQB3のドレインとゲートとは、抵抗RB3を介してNチャネルMOSトランジスタQA3のゲートとカレントミラー接続されている。NチャネルMOSトランジスタQA3のドレインからは、出力インピーダンス整合回路94を介して、RF最終段増幅信号Poutが出力される。
The drain of the common-source N-channel MOS transistor QA3 , which is the final stage amplification transistor of the final
図10に示したように、制御信号増強回路(EN)9の第1回路ノードCN1では、PチャネルMOSトランジスタMP031に流れる電流IAPC_LIN1と電流2乗回路CS1のPチャネルMOSトランジスタMP241に流れる出力電流IAPC_SQ1とが加算され、第1出力電力制御電流IAPC1が生成される。第1出力電力制御電流IAPC1は第1バイアス電流として、第1バイアス回路81の第1バイアストランジスタであるソース接地NチャネルMOSトランジスタQB1のドレイン・ソース電流経路に供給される。
As shown in FIG. 10, at the first circuit node CN1 of the control signal enhancement circuit (EN) 9, the current I APC_LIN1 flowing through the P channel MOS transistor MP031 and the output current flowing through the P channel MOS transistor MP241 of the current squaring circuit CS1 I APC_SQ1 is added to generate the first output power control current I APC1 . The first output power control current I APC 1 as a first bias current supplied to the drain-source current path of the source-grounded N-channel MOS transistor Q B1 is first bias transistor of the
制御信号増強回路(EN)9の第2回路ノードCN2では、PチャネルMOSトランジスタMP032に流れる電流IAPC_LIN2と電流2乗回路CS1のPチャネルMOSトランジスタMP242に流れる出力電流IAPC_SQ2とが加算され、第2出力電力制御電流IAPC2が生成される。第2出力電力制御電流IAPC2は第2バイアス電流として、第2バイアス回路82の第2バイアストランジスタであるソース接地NチャネルMOSトランジスタQB2のドレイン・ソース電流経路に供給される。
At the second circuit node CN2 of the control signal enhancement circuit (EN) 9, the current I APC_LIN2 flowing through the P channel MOS transistor MP032 and the output current I APC_SQ2 flowing through the P channel MOS transistor MP242 of the current squaring circuit CS1 are added. Two output power control current I APC2 is generated. The second output power control current I APC 2 as the second bias current is supplied to the drain-source current path of the source-grounded N-channel MOS transistor Q B2 is a second bias transistor of the
制御信号増強回路(EN)9の第3回路ノードCN3では、PチャネルMOSトランジスタMP033に流れる電流IAPC_LIN3と電流2乗回路CS1のPチャネルMOSトランジスタMP243に流れる出力電流IAPC_SQ3とが加算され、第3出力電力制御電流IAPC3が生成される。第3出力電力制御電流IAPC3は第3バイアス電流として、第3バイアス回路83の第3バイアストランジスタであるソース接地NチャネルMOSトランジスタQB3のドレイン・ソース電流経路に供給される。
At the third circuit node CN3 of the control signal enhancement circuit (EN) 9, the current I APC_LIN3 flowing through the P channel MOS transistor MP033 and the output current I APC_SQ3 flowing through the P channel MOS transistor MP243 of the current squaring circuit CS1 are added. Three output power control current I APC3 is generated. The third output power control current I APC3 a third bias current is supplied to the drain-source current path of the source-grounded N-channel MOS transistor Q B3 is a third bias transistor of the
更に、制御信号増強回路(EN)9から生成される第1と第2と第3出力電力制御電流IAPC1、IAPC2、IAPC3は、上記の式(12)および図8のように出力電力制御電圧VAPCに応答して変化する。 Further, the first, second and third output power control currents I APC1 , I APC2 and I APC3 generated from the control signal enhancement circuit (EN) 9 are output power as shown in the above equation (12) and FIG. It changes in response to the control voltage V APC .
その結果、図10に示した本発明の実施の形態1によるRF電力増幅器では、多段増幅回路4の初段増幅回路41と中間段増幅回路42と最終段増幅回路43のアイドリング電流は、第1バイアス回路81と第2バイアス回路82と第3バイアス回路83のバイアス電流によってそれぞれ決定される。
As a result, in the RF power amplifier according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 10, the idling currents of the first
このように図10に示した本発明の実施の形態1によるRF電力増幅器によれば、制御利得(=ΔPout_EN/ΔVAPC)の低下を補償するための多段増幅回路4の初段増幅回路41と中間段増幅回路42と最終段増幅回路43との各増幅素子のアイドリング電流の変化率が制御信号増強回路(EN)9によって共通に決定されるので、半導体チップ面積と製造コストの増大を軽減することが可能となる。
As described above, according to the RF power amplifier according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 10, the first
図11は、図1に示した本発明の実施の形態1によるRF電力増幅器の多段増幅回路4とバイアス回路8と制御信号増強回路(EN)9の他の構成をより詳細に示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing in more detail the other configurations of the
尚、図11でも図示されていないが、応答遅延を低減するために、初期電流IINTが電流2乗回路CS1の直列接続のトランジスタMP21、MP22のソース・ドレイン電流経路と接地電圧GNDとの間に接続される。 Although not shown in FIG. 11, in order to reduce the response delay, the initial current I INT is between the source / drain current paths of the series-connected transistors MP21 and MP22 of the current square circuit CS1 and the ground voltage GND. Connected to.
図11に示すRF電力増幅器が、図10に示したRF電力増幅器と相違するのは、第3バイアス回路83の構成である。
The RF power amplifier shown in FIG. 11 is different from the RF power amplifier shown in FIG. 10 in the configuration of the
すなわち、図11に示したRF電力増幅器の第3バイアス回路83には、2個のソース接地NチャネルMOSトランジスタQB32、QB33と第2電流2乗回路CS2とが追加されている。トランジスタQB32は第3バイアストランジスタであるソース接地NチャネルMOSトランジスタQB3とカレントミラー接続され、トランジスタQB32のドレイン・ソース電流経路は第2電流2乗回路CS2の入力端子と接続されている。第2電流2乗回路CS2の出力端子にはトランジスタQB33のドレイン・ソース電流経路が接続され、トランジスタQB33のドレインとゲートは抵抗RB3を介して最終段増幅回路43の最終段増幅トランジスタであるソース接地NチャネルMOSトランジスタQA3のゲートとカレントミラー接続されている。
That is, two source grounded N-channel MOS transistors Q B32 and Q B33 and a second current squaring circuit CS2 are added to the
従って、第2電流2乗回路CS2の2乗特性は第3出力電力制御電流IAPC3を更に2乗変換するので、第2電流2乗回路CS2の出力端子に接続されたトランジスタQB33のバイアス電流と最終段増幅回路43の最終段増幅トランジスタQA3のアドリング電流とは出力電力制御電圧VAPCの変化に応答して急激に変化する。その結果、図11に示した本発明の実施の形態1によるRF電力増幅器の多段増幅回路4によれば、初段増幅回路41と中間段増幅回路42よりも最終段増幅回路43における制御利得(=ΔPout_EN/ΔVAPC)の低下の補償動作を更に増強することが可能となる。
Therefore, since the square characteristic of the second current squaring circuit CS2 further converts the third output power control current I APC3 to a square, the bias current of the transistor Q B33 connected to the output terminal of the second current squaring circuit CS2 And the adding current of the final stage amplifier transistor Q A3 of the final
図12は、図1の本発明の実施の形態1によるRF電力増幅器の制御信号増強回路(EN)9の他の具体例を示す図である。 FIG. 12 is a diagram showing another specific example of the control signal enhancement circuit (EN) 9 of the RF power amplifier according to the first embodiment of the present invention shown in FIG.
図12に示す制御信号増強回路(EN)9が図7に示した制御信号増強回路(EN)9と相違するのは、2個のNチャネルMOSトランジスタMN21、MN22と2個のPチャネルMOSトランジスタMP31、MP32とが追加されていることである。 The control signal enhancement circuit (EN) 9 shown in FIG. 12 is different from the control signal enhancement circuit (EN) 9 shown in FIG. 7 in that there are two N-channel MOS transistors MN21 and MN22 and two P-channel MOS transistors. MP31 and MP32 are added.
すなわち、制御信号増強回路(EN)9の回路ノードCNに第1カレントミラーの入力トランジスタのNチャネルMOSトランジスタMN21のドレイン・ソース電流経路が接続され、トランジスタMN21のゲートに第1カレントミラーの出力トランジスタのNチャネルMOSトランジスタMN22のゲートが接続されている。更に、第1カレントミラーの出力トランジスタのNチャネルMOSトランジスタMN22のドレイン・ソース電流経路に第2カレントミラーの入力トランジスタMP31のソース・ドレイン電流経路が接続され、トランジスタMP31のゲートに第2カレントミラーの出力MOSトランジスタMP32のゲートが接続されている。 That is, the drain / source current path of the N-channel MOS transistor MN21 of the input transistor of the first current mirror is connected to the circuit node CN of the control signal enhancement circuit (EN) 9, and the output transistor of the first current mirror is connected to the gate of the transistor MN21. The gates of the N-channel MOS transistors MN22 are connected. Further, the source / drain current path of the input transistor MP31 of the second current mirror is connected to the drain / source current path of the N-channel MOS transistor MN22 of the output transistor of the first current mirror, and the gate of the second current mirror is connected to the gate of the transistor MP31. The gate of the output MOS transistor MP32 is connected.
従って、第1カレントミラーのNチャネルMOSトランジスタMN21、MN22のトランジスタサイズ比Nと第2カレントミラーのPチャネルMOSトランジスタMP31、MP32のトランジスタサイズ比Mとによって調整された出力電力制御電流NM・IAPCが、図12に示した制御信号増強回路(EN)9から生成されるものである。 Therefore, the output power control current NM · I APC adjusted by the transistor size ratio N of the N-channel MOS transistors MN21 and MN22 of the first current mirror and the transistor size ratio M of the P-channel MOS transistors MP31 and MP32 of the second current mirror. Is generated from the control signal enhancement circuit (EN) 9 shown in FIG.
図13は、図1の本発明の実施の形態1によるRF電力増幅器の制御信号増強回路(EN)9の他の具体例を示す図である。 FIG. 13 is a diagram showing another specific example of the control signal enhancement circuit (EN) 9 of the RF power amplifier according to the first embodiment of the present invention shown in FIG.
図13に示す制御信号増強回路(EN)9が図7に示した制御信号増強回路(EN)9と相違するのは、図7の電流2乗回路CS1が図13の電流3乗回路CBに置換されていることである。 The control signal enhancement circuit (EN) 9 shown in FIG. 13 is different from the control signal enhancement circuit (EN) 9 shown in FIG. 7 in that the current squaring circuit CS1 in FIG. 7 is changed to the current squaring circuit CB in FIG. It is replaced.
すなわち、図13に示したトランスリニアとしての電流3乗回路CBにおいて、3個のPチャネルMOSトランジスタMP21、MP22、MP23が入力側で直列接続される一方、3個のPチャネルMOSトランジスタMP24、MP25、MP26が出力側で従属接続されている。 That is, in the current cube circuit CB as a translinear shown in FIG. 13, three P-channel MOS transistors MP21, MP22, MP23 are connected in series on the input side, while three P-channel MOS transistors MP24, MP25 are connected. , MP26 are cascade-connected on the output side.
従って、図13に示した制御信号増強回路(EN)9の回路ノードCNでは、PチャネルMOSトランジスタMP03に流れる出力電力制御電圧VAPCの1乗特性の電流IAPC_LINとPチャネルMOSトランジスタMP26に流れる出力電力制御電圧VAPCの3乗特性の出力電流IAPC_CBとが加算され、出力電力制御電流IAPCが生成される。 Therefore, at the circuit node CN of the control signal enhancement circuit (EN) 9 shown in FIG. 13, the current I APC_LIN having the first power characteristic of the output power control voltage V APC that flows through the P-channel MOS transistor MP03 and the current flows through the P-channel MOS transistor MP26. The output power control voltage V APC is added to the cube of the output current I APC_CB to generate the output power control current I APC .
[実施の形態2]
《制御信号増強回路の他の構成》
図14は、本発明の実施の形態2による制御信号増強回路(EN)9の他の構成を示す図である。
[Embodiment 2]
<< Other configuration of control signal enhancement circuit >>
FIG. 14 is a diagram showing another configuration of the control signal enhancement circuit (EN) 9 according to the second embodiment of the present invention.
図14に示す本発明の実施の形態2による制御信号増強回路(EN)9が、上述した本発明の実施の形態1による制御信号増強回路(EN)9と相違するのは、次の点である。 The control signal enhancement circuit (EN) 9 according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 14 is different from the control signal enhancement circuit (EN) 9 according to the first embodiment of the present invention described above in the following points. is there.
すなわち、上述した本発明の実施の形態1による制御信号増強回路(EN)9では制御利得(=ΔPout_EN/ΔVAPC)の低下の補償動作を実行するためにトランスリニアとして構成された電流2乗回路CS1もしくは電流3乗回路CBを含んでいた。 That is, in the control signal enhancement circuit (EN) 9 according to the first embodiment of the present invention described above, a current squaring circuit configured as a translinear in order to perform a compensation operation for a decrease in control gain (= ΔPout_EN / ΔV APC ). CS1 or current cube circuit CB was included.
それに対して、図14に示した本発明の実施の形態2による制御信号増強回路(EN)9は、制御利得(=ΔPout_EN/ΔVAPC)の低下の補償動作を実行するために折れ線回路を含むものである。 On the other hand, the control signal enhancement circuit (EN) 9 according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 14 includes a polygonal line circuit for performing a compensation operation for a decrease in control gain (= ΔPout_EN / ΔV APC ). It is a waste.
図14に示すように本発明の実施の形態2による制御信号増強回路(EN)9は、抵抗R11A、R11B、R11C、R11D、R12、R13、R14A、R14B、R14C、演算増幅器OP2、OP3、OP4、ダイオードD1、D2、D3、D4によって構成されている。 As shown in FIG. 14, the control signal enhancement circuit (EN) 9 according to the second embodiment of the present invention includes resistors R 11A , R 11B , R 11C , R 11D , R 12 , R 13 , R 14A , R 14B , R 14C , operational amplifiers OP2, OP3, OP4, and diodes D1, D2, D3, D4.
抵抗R11Aの一端に負の第1基準電圧−Vref1が供給され、抵抗R11B、R11Cの共通ノードに誤差増幅器7から出力電力制御電圧VAPCが供給され、抵抗R11Dの一端に負の第2基準電圧−Vref2が供給される。抵抗R11A、R11Bの共通ノードは演算増幅器OP2の反転入力端子に接続され、抵抗R11C、R11Dの共通ノードは演算増幅器OP3の反転入力端子に接続され、演算増幅器OP2の非反転入力端子と演算増幅器OP3の非反転入力端子とは接地電圧GNDに接続される。
The negative first reference voltage −Vref1 is supplied to one end of the resistor R 11A, the output power control voltage V APC is supplied from the
ダイオードD1のカソードと抵抗R12の一端は演算増幅器OP2の反転入力端子に接続され、ダイオードD1のアノードは演算増幅器OP2の出力端子とダイオードD2のカソードに接続され、抵抗R12の他端はダイオードD2のアノードと接続され第1電圧V1を生成する。 Cathode and one end of the resistor R 12 of the diode D1 is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier OP2, the anode of the diode D1 is connected to the cathode of the output terminal and the diode D2 of the operational amplifier OP2, the other end of the resistor R 12 is diode The first voltage V1 is generated by being connected to the anode of D2.
ダイオードD3のカソードと抵抗R13の一端は演算増幅器OP3の反転入力端子に接続され、ダイオードD3のアノードは演算増幅器OP3の出力端子とダイオードD4のカソードに接続され、抵抗R13の他端はダイオードD4のアノードと接続され第2電圧V2を生成する。 Cathode and one end of the resistor R 13 of diode D3 is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier OP3, the anode of the diode D3 is connected to the cathode of the output terminal and the diode D4 of the operational amplifier OP3, the other end of the resistor R 13 is diode The second voltage V2 is generated by being connected to the anode of D4.
第1電圧V1は抵抗R14Aの一端に供給され、第2電圧V2は抵抗R14Bの一端に供給され、抵抗R14Aの他端と抵抗R14Bの他端は演算増幅器OP4の反転入力端子に接続され、演算増幅器OP4の非反転入力端子は接地電圧GNDに接続される。抵抗R14Cが演算増幅器OP4の反転入力端子と出力端子の間に接続され、演算増幅器OP4の出力端子から第3電圧V3が生成され、第3電圧V3は演算増幅器OP1の反転入力端子に供給される。 The first voltage V1 is supplied to one end of resistor R 14A, the second voltage V2 is supplied to one end of the resistor R 14B, the other ends of the resistor R 14B of the resistor R 14A to the inverting input terminal of the operational amplifier OP4 The non-inverting input terminal of the operational amplifier OP4 is connected to the ground voltage GND. The resistor R 14C is connected between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier OP4, the third voltage V3 is generated from the output terminal of the operational amplifier OP4, and the third voltage V3 is supplied to the inverting input terminal of the operational amplifier OP1. The
第3電圧V3は演算増幅器OP1と抵抗R2とPチャネルMOSトランジスタMP01とによって、変換電流IAPC0に変換される。従って、PチャネルMOSトランジスタMP01、MP02のトランジスタサイズ比によって調整された出力電力制御電流IAPCが、図14に示した制御信号増強回路(EN)9から生成されるものである。 The third voltage V3 by the operational amplifier OP1 and the resistor R 2 and P-channel MOS transistor MP01, is converted into conversion current I APC0. Therefore, the output power control current I APC adjusted by the transistor size ratio of the P-channel MOS transistors MP01 and MP02 is generated from the control signal enhancement circuit (EN) 9 shown in FIG.
図14には示されていないが、3個の演算増幅器OP2、OP3、OP4に正の電源電圧VDDと負の電源電圧VEEとが供給されることによって、3個の演算増幅器OP2、OP3、OP4は正電圧から負電圧まで変化する入力信号の処理が可能である。 Although not shown in FIG. 14, three operational amplifiers OP2, OP3, by a positive power supply voltage V DD and the negative supply voltage V EE is supplied to OP4, three operational amplifiers OP2, OP3 , OP4 can process an input signal that changes from a positive voltage to a negative voltage.
抵抗R11Aと抵抗R11Bの抵抗値がともにR11であると想定すると、抵抗R11Aに流れる電流I1と抵抗R11Bに流れる電流I2とは、下記の式(18)と下記の式(19)とでそれぞれ算出される。 Assuming that the resistance values of the resistors R 11A and R 11B are both R 11 , the current I 1 flowing through the resistor R 11A and the current I 2 flowing through the resistor R 11B are expressed by the following formula (18) and the following formula: And (19).
出力電力制御電圧VAPCと正の第1基準電圧Vref1との間に、VAPC<Vref1の関係が成立する場合には、下記の式(20)で算出される電流I3が演算増幅器OP2の出力端子からダイオードD1を介して反転入力端子に流れるものである。 When the relationship of V APC <Vref1 is established between the output power control voltage V APC and the positive first reference voltage Vref1, the current I 3 calculated by the following equation (20) is obtained from the operational amplifier OP2. The current flows from the output terminal to the inverting input terminal via the diode D1.
この場合には、抵抗R12には電流が流れないので、抵抗R12の他端とダイオードD2のアノードとの第1電圧V1は、演算増幅器OP2の反転入力端子の接地電圧GNDのゼロボルトとなる。 In this case, since no current flows through the resistor R 12, a first voltage V1 and the anode of the other end and the diode D2 of the resistor R 12 is a zero volt of the ground voltage GND of the inverting input terminal of the operational amplifier OP2 .
出力電力制御電圧VAPCと正の第1基準電圧Vref1との間に、VAPC>Vref1の関係が成立する場合には、抵抗R11Aに流れる電流I1と抵抗R11Bに流れる電流I2との和の電流に等しい電流I4が抵抗R12に流入するので、電流I4と第1電圧V1とは下記の式(21)と下記の式(22)とでそれぞれ算出される。 When the relationship of V APC > Vref1 is established between the output power control voltage V APC and the positive first reference voltage Vref1, the current I 1 flowing through the resistor R 11A and the current I 2 flowing through the resistor R 11B are since equal currents I 4 to the current of the sum of flows to the resistor R 12, each de the following equation (21) and (22) below is calculated from the current I 4 and the first voltage V1.
図15は、図14に示した本発明の実施の形態2による制御信号増強回路(EN)9の動作を説明する図である。 FIG. 15 is a diagram for explaining the operation of the control signal enhancement circuit (EN) 9 according to the second embodiment of the present invention shown in FIG.
図15に示すように、VAPC<Vref1の関係が成立する場合には第1電圧V1はゼロボルトとなり、VAPC>Vref1の関係が成立する場合には第1電圧V1は出力電力制御電圧VAPCの増大と比例して減少する。 As shown in FIG. 15, when the relationship of V APC <Vref1 is satisfied, the first voltage V1 is zero volts, and when the relationship of V APC > Vref1 is satisfied, the first voltage V1 is the output power control voltage V APC. Decreases in proportion to the increase in.
抵抗R11Cと抵抗R11Dの抵抗値がともにR11であると想定すると、抵抗R11Dに流れる電流I5と抵抗R11Cに流れる電流I6とは、下記の式(23)と下記の式(24)とでそれぞれ算出される。 Assuming that the resistance values of the resistor R 11C and the resistor R 11D are both R 11 , the current I 5 flowing through the resistor R 11D and the current I 6 flowing through the resistor R 11C are expressed by the following equation (23) and the following equation: And (24).
出力電力制御電圧VAPCと正の第2基準電圧Vref2との間に、VAPC<Vref2の関係が成立する場合には、下記の式(25)で算出される電流I7が演算増幅器OP3の出力端子からダイオードD3を介して反転入力端子に流れるものである。 When the relationship of V APC <Vref2 is established between the output power control voltage V APC and the positive second reference voltage Vref2, the current I 7 calculated by the following equation (25) is obtained from the operational amplifier OP3. The current flows from the output terminal to the inverting input terminal via the diode D3.
この場合には、抵抗R13には電流が流れないので、抵抗R13の他端とダイオードD4のアノードとの第2電圧V2は、演算増幅器OP3の反転入力端子の接地電圧GNDのゼロボルトとなる。 In this case, since no current flows in the resistor R 13, the second voltage V2 of the anode of the other end and the diode D4 of the resistor R 13, a zero volt of the ground voltage GND of the inverting input terminal of the operational amplifier OP3 .
出力電力制御電圧VAPCと正の第2基準電圧Vref2の間に、VAPC>Vref2の関係が成立する場合には、抵抗R11Dに流れる電流I5と抵抗R11Cに流れる電流I6との和の電流に等しい電流I8が抵抗R13に流入するので、電流I8と第2電圧V2とは、下記の式(26)と下記の式(27)とでそれぞれ算出される。
When the relationship of V APC > Vref2 is established between the output power control voltage V APC and the positive second reference voltage Vref2, the current I 5 flowing through the resistor R 11D and the current I 6 flowing through the resistor R 11C Since the current I 8 equal to the sum current flows into the resistor R 13 , the current I 8 and the
図15に示すように、VAPC<Vref2の関係が成立する場合には第2電圧V2はゼロボルトとなり、VAPC>Vref2の関係が成立する場合には第2電圧V2は出力電力制御電圧VAPCの増大と比例して減少する。 As shown in FIG. 15, when the relationship of V APC <Vref2 is satisfied, the second voltage V2 is zero volts, and when the relationship of V APC > Vref2 is satisfied, the second voltage V2 is the output power control voltage V APC. Decreases in proportion to the increase in.
図14に示した本発明の実施の形態2による制御信号増強回路(EN)9では抵抗R14A、R14B、R14Cと演算増幅器OP4とは反転加算器を構成しているので、抵抗R14AとR14BとR14Cがともに同じ抵抗値であると想定すると、反転加算器の演算増幅器OP4の出力端子にはV3=−(V1+V2)の関係の第3電圧V3が生成される。 In the control signal enhancement circuit (EN) 9 according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 14, the resistors R 14A , R 14B and R 14C and the operational amplifier OP4 constitute an inverting adder, so that the resistor R 14A Assuming that both R 14B and R 14C have the same resistance value, a third voltage V3 having a relationship of V3 = − (V1 + V2) is generated at the output terminal of the operational amplifier OP4 of the inverting adder.
図15には、出力電力制御電圧VAPCの変化に応答する反転加算器の演算増幅器OP4の出力端子の第3電圧V3の変化も示されている。 FIG. 15 also shows changes in the third voltage V3 at the output terminal of the operational amplifier OP4 of the inverting adder in response to changes in the output power control voltage V APC .
第3電圧V3は演算増幅器OP1と抵抗R2とPチャネルMOSトランジスタMP01、MP02により、出力電力制御電流IAPCに変換される。 The third voltage V3 is converted into an output power control current I APC by the operational amplifier OP1, the resistor R2, and the P-channel MOS transistors MP01 and MP02.
図16は、図14に示した本発明の実施の形態2による制御信号増強回路(EN)9から生成される出力電力制御電流IAPCの特性を説明する図である。 FIG. 16 is a diagram for explaining the characteristics of the output power control current I APC generated from the control signal enhancement circuit (EN) 9 according to the second embodiment of the present invention shown in FIG.
図16に示すように、VAPC>Vref1の関係が成立すると出力電力制御電流IAPCは第1の変化率で出力電力制御電圧VAPCの増大に応答して増加して、VAPC>Vref2の関係が成立すると出力電力制御電流IAPCは第1の変化率よりも大きな第2の変化率で出力電力制御電圧VAPCの増大に応答して増加する。 As shown in FIG. 16, when the relationship of V APC > Vref1 is established, the output power control current I APC increases in response to the increase of the output power control voltage V APC at the first rate of change, and V APC > Vref2 When the relationship is established, the output power control current I APC increases in response to the increase in the output power control voltage V APC at a second rate of change that is greater than the first rate of change.
実際には、図16に示した変化特性と同様な第1バイアス電流と第2バイアス電流と第3バイアス電流とが、第1バイアス回路の第1バイアストランジスタと第2バイアス回路の第2バイアストランジスタと第3バイアス回路の第3バイアストランジスタにそれぞれ供給される。第1バイアストランジスタは初段増幅回路41の初段増幅トランジスタとカレントミラー接続されて、第2バイアストランジスタは中間段増幅回路42の中間段増幅トランジスタとカレントミラー接続されて、第3バイアストランジスタは最終段増幅回路43の最終段増幅トランジスタとカレントミラー接続されている。
Actually, the first bias current, the second bias current, and the third bias current similar to the change characteristics shown in FIG. And the third bias transistor of the third bias circuit. The first bias transistor is current-mirror connected to the first-stage amplifier transistor of the first-
以上説明したように図14に示した本発明の実施の形態2による制御信号増強回路(EN)9は、制御利得(=ΔPout_EN/ΔVAPC)の低下を補償するために多段増幅回路4の初段増幅回路41と中間段増幅回路42と最終段増幅回路43との各増幅素子のアイドリング電流の変化率を共通に決定するので、半導体チップ面積と製造コストの増大を軽減することが可能となる。
As described above, the control signal enhancement circuit (EN) 9 according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 14 performs the first stage of the
[実施の形態3]
《制御信号増強回路の他の構成》
図17は、本発明の実施の形態3による制御信号増強回路(EN)9の他の構成を示す図である。
[Embodiment 3]
<< Other configuration of control signal enhancement circuit >>
FIG. 17 is a diagram showing another configuration of the control signal enhancement circuit (EN) 9 according to the third embodiment of the present invention.
図17に示す本発明の実施の形態3による制御信号増強回路(EN)9が、図14に示した本発明の実施の形態2による制御信号増強回路(EN)9と相違するのは、次の点である。 The control signal enhancement circuit (EN) 9 according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 17 is different from the control signal enhancement circuit (EN) 9 according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. This is the point.
すなわち、上述した図14に示した本発明の実施の形態2による制御信号増強回路(EN)9は、制御利得(=ΔPout_EN/ΔVAPC)の低下の補償動作を実行するために折れ線回路を含んでいた。 That is, the control signal enhancement circuit (EN) 9 according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 14 described above includes a broken line circuit for performing a compensation operation for a decrease in control gain (= ΔPout_EN / ΔV APC ). It was out.
それに対して、図17に示した本発明の実施の形態3による制御信号増強回路(EN)9は、制御利得(=ΔPout_EN/ΔVAPC)の低下の補償動作を実行するためにルックアップテーブル(LUT)11を含んだものである。 On the other hand, the control signal enhancement circuit (EN) 9 according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 17 performs a look-up table (EN) to perform a compensation operation for a decrease in control gain (= ΔPout_EN / ΔV APC ). LUT) 11.
図17に示すように本発明の実施の形態3による制御信号増強回路(EN)9は、アナログ・デジタル変換器(ADC)10と、ルックアップテーブル(LUT)11と、デジタル・アナログ変換器(DAC)12と、ローパスフィルタ(LPF)13と、クロックパルス発生器(CPG)13と、演算増幅器OP1と、抵抗R2と、PチャネルMOSトランジスタMP01、MP02によって構成されている。 As shown in FIG. 17, the control signal enhancement circuit (EN) 9 according to the third embodiment of the present invention includes an analog / digital converter (ADC) 10, a look-up table (LUT) 11, and a digital / analog converter ( a DAC) 12, a low pass filter (LPF) 13, a clock pulse generator and (CPG) 13, an operational amplifier OP1, a resistor R 2, is constituted by a P-channel MOS transistors MP01, MP02.
アナログ・デジタル変換器(ADC)10とデジタル・アナログ変換器(DAC)12は、クロックパルス発生器(CPG)13から生成されるクロックパルスに応答して動作する。 The analog-to-digital converter (ADC) 10 and the digital-to-analog converter (DAC) 12 operate in response to clock pulses generated from a clock pulse generator (CPG) 13.
アナログ・デジタル変換器(ADC)10は、クロックパルスに応答して誤差増幅器7から供給されるアナログ出力電力制御電圧VAPCを第1デジタル信号に変換する。ルックアップテーブル(LUT)11は適切な入出力非線型特性を有するものであり、この入出力非線型特性(制御利得の低下の補償動作)に従って第1デジタル信号を第2デジタル信号に変換してデジタル・アナログ変換器(DAC)12に供給する。
The analog-to-digital converter (ADC) 10 converts the analog output power control voltage V APC supplied from the
デジタル・アナログ変換器(DAC)12は、クロックパルスに応答してルックアップテーブル(LUT)11から供給される第2デジタル信号をアナログ出力信号に変換する。ローパスフィルタ(LPF)13は、デジタル・アナログ変換器(DAC)12のアナログ出力信号に含まれるクロックノイズ等を低減するものである。このようにローパスフィルタ(LPF)13によってノイズ等が低減されたデジタル・アナログ変換器(DAC)12のアナログ出力信号は、演算増幅器OP1と抵抗R2とPチャネルMOSトランジスタMP01、MP02により、出力電力制御電流IAPCに変換される。 The digital-to-analog converter (DAC) 12 converts the second digital signal supplied from the look-up table (LUT) 11 into an analog output signal in response to the clock pulse. The low pass filter (LPF) 13 reduces clock noise and the like contained in the analog output signal of the digital / analog converter (DAC) 12. The analog output signals of such low-pass filter (LPF) digital-to-analog converter noise or the like is reduced by 13 (DAC) 12, due the operational amplifier OP1 resistor R 2 and P-channel MOS transistors MP01, MP02, the output power It is converted into a control current I APC .
図18は、図17に示した本発明の実施の形態3による制御信号増強回路(EN)9から生成される出力電力制御電流IAPCの特性を説明する図である。 FIG. 18 is a diagram for explaining the characteristics of the output power control current I APC generated from the control signal enhancement circuit (EN) 9 according to the third embodiment of the present invention shown in FIG.
図18に示すように、ルックアップテーブル(LUT)11の適切な入出力非線型特性に従って、当初では出力電力制御電流IAPCは第1の変化率で出力電力制御電圧VAPCの増大に応答して増加して、その後出力電力制御電流IAPCは第1の変化率よりも大きな第2の変化率で出力電力制御電圧VAPCの増大に応答して増加する。 As shown in FIG. 18, according to the appropriate input / output nonlinear characteristics of the look-up table (LUT) 11, the output power control current I APC initially responds to an increase in the output power control voltage V APC at a first rate of change. The output power control current I APC then increases in response to the increase in the output power control voltage V APC at a second rate of change that is greater than the first rate of change.
実際には、図18に示した変化特性と同様な第1バイアス電流と第2バイアス電流と第3バイアス電流とが、第1バイアス回路の第1バイアストランジスタと第2バイアス回路の第2バイアストランジスタと第3バイアス回路の第3バイアストランジスタにそれぞれ供給される。第1バイアストランジスタは初段増幅回路41の初段増幅トランジスタとカレントミラー接続されて、第2バイアストランジスタは中間段増幅回路42の中間段増幅トランジスタとカレントミラー接続されて、第3バイアストランジスタは最終段増幅回路43の最終段増幅トランジスタとカレントミラー接続されている。
Actually, the first bias current, the second bias current, and the third bias current similar to the change characteristics shown in FIG. 18 are the first bias transistor of the first bias circuit and the second bias transistor of the second bias circuit. And the third bias transistor of the third bias circuit. The first bias transistor is current-mirror connected to the first-stage amplifier transistor of the first-
以上説明したように図17に示した本発明の実施の形態3による制御信号増強回路(EN)9は、制御利得(=ΔPout_EN/ΔVAPC)の低下を補償するために多段増幅回路4の初段増幅回路41と中間段増幅回路42と最終段増幅回路43との各増幅素子のアイドリング電流の変化率を共通に決定するので、半導体チップ面積と製造コストの増大を軽減することが可能となる。
As described above, the control signal enhancement circuit (EN) 9 according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 17 performs the first stage of the
[実施の形態4]
《RF電力増幅器の具体的な構成》
図19は、本発明の実施の形態4によるRF電力増幅器の具体的な構成を示す図である。
[Embodiment 4]
<< Specific configuration of RF power amplifier >>
FIG. 19 is a diagram showing a specific configuration of the RF power amplifier according to the fourth embodiment of the present invention.
図19に示す本発明の実施の形態4によるRF電力増幅器は、GSM方式の通信が可能な携帯電話端末に搭載されるマルチバンド高周波電力モジュール(RFパワーモジュール)として構成されている。 The RF power amplifier according to the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. 19 is configured as a multiband high frequency power module (RF power module) mounted on a mobile phone terminal capable of GSM communication.
すなわち、図19に示すマルチバンドRFパワーモジュールは、ハイバンド(高周波数帯域)とローバンド(低周波数帯域)との複数の送信周波数のRF送信信号を出力可能なものである。 That is, the multiband RF power module shown in FIG. 19 is capable of outputting RF transmission signals having a plurality of transmission frequencies of a high band (high frequency band) and a low band (low frequency band).
従って、図19に示した本発明の実施の形態4によるマルチバンドRFパワーモジュールは、ハイバンドRF信号入力端子1H、ハイバンドRF信号出力端子2H、ハイバンド多段増幅回路4H、ハイバンド電力結合器5H、ハイバンド電力検出器6H、ハイバンドバイアス回路8H、ハイバンドローパスフィルタ16Hにより構成されたハイバンドRF電力増幅器を含んでいる。更に、このマルチバンドRFパワーモジュールは、ローバンドRF信号入力端子1L、ローバンドRF信号出力端子2L、ローバンド多段増幅回路4L、ローバンド電力結合器5L、ローバンド電力検出器6L、ローバンドバイアス回路8L、ローバンドローパスフィルタ16Lにより構成されたローバンドRF電力増幅器を含んでいる。
Accordingly, the multiband RF power module according to the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. 19 includes a highband RF
更に、図19に示した本発明の実施の形態4によるマルチバンドRFパワーモジュールは、上述したハイバンドRF電力増幅器とローバンドRF電力増幅器とに共有されるランプ制御端子3、誤差増幅器7、制御信号増強回路(EN)9、制御回路15、アンテナスイッチ17、アンテナフィルタ18を含んでいる。アンテナスイッチ17は、アンテナフィルタ18を介して携帯電話端末に搭載されるアンテナANTに接続可能とされている。また、図示はしないが、ハイバンド多段増幅回路4Hとハイバンド電力結合器5Hとの間、およびローバンド多段増幅回路4Lとローバンド電力結合器5Lとの間に、それぞれインピーダンス整合回路を有していてもよい。
Furthermore, the multiband RF power module according to the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. 19 includes a
特に、図19に示した本発明の実施の形態4によるマルチバンドRFパワーモジュールでは、ハイバンドRF電力増幅器とローバンドRF電力増幅器とに共有される誤差増幅器7と制御信号増強回路(EN)9とに、上述した本発明の実施の形態1乃至本発明の実施の形態3のいずれかの方式による制御信号増強回路(EN)9の増強制御信号VENの非線型特性が使用される。その結果、図19に示した本発明の実施の形態4によるマルチバンドRFパワーモジュールによれば、好適な非線型特性を有する制御信号増強回路(EN)9が制御利得(=ΔPout_EN/ΔVAPC)の低下を補償することが可能となる。
In particular, in the multiband RF power module according to the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. 19, an
ハイバンドRF電力増幅器のハイバンドRF信号入力端子1Hには、携帯電話端末に搭載されるRF信号処理半導体集積回路(RFIC)の送信信号処理ユニットで生成されるGSM方式のDCS1800とPCS1900のハイバンドRF送信入力信号Pin_HBが供給される。尚、DCSはDigital Cellar Systemの略であり、PCSはPersonal Communication Systemの略である。DCS1800の送信周波数は1710MHz〜1785MHzで、PCS1900の送信周波数は1850MHz〜1910MHzである。
The high band RF
ハイバンドRF送信入力信号Pin_HBはハイバンド多段増幅回路4Hの初段増幅回路41Hと中間段増幅回路42Hと最終段増幅回路43Hによって逐次増幅されて、最終段増幅回路43Hの増幅出力信号はハイバンド電力結合器5Hの主線路とハイバンドローパスフィルタ16Hを介してハイバンドRF信号出力端子2HからハイバンドRF出力信号Pout_HBとして出力される。
The high-band RF transmission input signal Pin_HB is sequentially amplified by the first-
ハイバンド電力結合器5Hの主線路と電磁気的かつ静電容量的に結合されたハイバンド電力結合器5Hの副線路には、ハイバンドRF出力信号Pout_HBの一部が伝達される。その結果、ハイバンド電力結合器5Hの副線路に入力端子が接続されたハイバンド電力検出器6Hは、ハイバンドRF出力信号Pout_HBの信号レベルに比例するハイバンド電力検出電圧VDET_HBを生成して誤差増幅器7の第1の入力端子に供給する。
A part of the high-band RF output signal Pout_HB is transmitted to the sub-line of the high-
ランプアップとランプダウンとのためにランプ制御端子3を介して誤差増幅器7の第3の入力端子に供給されるランプ電圧VRAMPは、RF信号処理半導体集積回路(RFIC)に内蔵のランプD/A変換器のアナログ出力端子から生成される。ランプアップとランプダウンとのためのデジタルランプデータはベースバンド信号処理LSIの内部で生成され、ベースバンド信号処理LSIからデジタルインターフェースを介してデジタルランプデータがRF信号処理半導体集積回路(RFIC)に内蔵のランプD/A変換器のデジタル入力端子に供給される。
The ramp voltage V RAMP supplied to the third input terminal of the
誤差増幅器(EA)7は第1の入力端子のハイバンド電力検出電圧VDET_HBと第3の入力端子のランプ電圧VRAMPの差を検出して、その差に比例する出力電力制御電圧VAPCを生成して制御信号増強回路(EN)9の入力端子に供給する。 The error amplifier (EA) 7 detects a difference between the high-band power detection voltage V DET_HB at the first input terminal and the ramp voltage V RAMP at the third input terminal, and outputs an output power control voltage V APC proportional to the difference. It is generated and supplied to the input terminal of the control signal enhancement circuit (EN) 9.
制御信号増強回路(EN)9は、誤差増幅器(EA)7から生成される出力電力制御電圧VAPCに応答して増強制御信号VENを生成してハイバンドバイアス回路8Hの第1バイアス回路81Hと第2バイアス回路82Hと第3バイアス回路83Hとに供給する。
The control signal enhancement circuit (EN) 9 generates the enhancement control signal V EN in response to the output power control voltage V APC generated from the error amplifier (EA) 7 to generate the
ローバンドRF電力増幅器のローバンドRF信号入力端子1Lには、携帯電話端末に搭載されるRF信号処理半導体集積回路(RFIC)の送信信号処理ユニットで生成されるGSM方式のGSM850とGSM900とのローバンドRF送信入力信号Pin_LBが供給される。尚、GSM850の送信周波数は824MHz〜849MHzで、GSM900の送信周波数は880MHz〜915MHzである。
The low-band RF
ローバンドRF送信入力信号Pin_LBはローバンド多段増幅回路4Lの初段増幅回路41Lと中間段増幅回路42Lと最終段増幅回路43Lによって逐次増幅されて、最終段増幅回路43Lの増幅出力信号はローバンド電力結合器5Lの主線路とローバンドローパスフィルタ16Lを介してローバンドRF信号出力端子2LからローバンドRF出力信号Pout_LBとして出力される。
The low-band RF transmission input signal Pin_LB is sequentially amplified by the first-
ローバンド電力結合器5Lの主線路と電磁気的かつ静電容量的に結合されたローバンド電力結合器5Lの副線路には、ローバンドRF出力信号Pout_LBの一部が伝達される。その結果、ローバンド電力結合器5Lの副線路に入力端子が接続されたローバンド電力検出器6Lは、ローバンドRF出力信号Pout_LBの信号レベルに比例するローバンド電力検出電圧VDET_LBを生成して誤差増幅器7の第2の入力端子に供給する。
A part of the low-band RF output signal Pout_LB is transmitted to the sub-line of the low-
ランプアップとランプダウンとのためにランプ制御端子3を介して誤差増幅器7の第3の入力端子に供給されるランプ電圧VRAMPは、RF信号処理半導体集積回路(RFIC)に内蔵のランプD/A変換器のアナログ出力端子から生成される。ランプアップとランプダウンとのためのデジタルランプデータはベースバンド信号処理LSIの内部で生成され、ベースバンド信号処理LSIからデジタルインターフェースを介してデジタルランプデータがRF信号処理半導体集積回路(RFIC)に内蔵のランプD/A変換器のデジタル入力端子に供給される。
The ramp voltage V RAMP supplied to the third input terminal of the
誤差増幅器(EA)7は第2の入力端子のローバンド電力検出電圧VDET_LBと第3の入力端子のランプ電圧VRAMPの差を検出して、その差に比例する出力電力制御電圧VAPCを生成して制御信号増強回路(EN)9の入力端子に供給する。 The error amplifier (EA) 7 detects the difference between the low-band power detection voltage V DET_LB at the second input terminal and the ramp voltage V RAMP at the third input terminal, and generates an output power control voltage V APC proportional to the difference. And supplied to the input terminal of the control signal enhancement circuit (EN) 9.
制御信号増強回路(EN)9は、誤差増幅器(EA)7から生成される出力電力制御電圧VAPCに応答して増強制御信号VENを生成してローバンドバイアス回路8Lの第1バイアス回路81Lと第2バイアス回路82Lと第3バイアス回路83Lとに供給する。
The control signal enhancement circuit (EN) 9 generates an enhancement control signal V EN in response to the output power control voltage V APC generated from the error amplifier (EA) 7 and the
更にハイバンドRF電力増幅器とローバンドRF電力増幅器とに共有される制御回路15は、受信・送信スイッチ信号Rx/Tx_SWとハイバンド・ローバンドスイッチ信号HB/LB_SWに応答する。その結果、共有の制御回路15は、ハイバンド多段増幅回路4Hとローバンド多段増幅回路4Lとの動作スイッチと、ハイバンド電力検出器6Hとローバンド電力検出器6Lと誤差増幅器(EA)7との動作スイッチとを実行するとともに、誤差増幅器(EA)7と制御信号増強回路(EN)9の特性をハイバンドとローバンドで調整することも可能とされている。
Further, the
[実施の形態5]
《送信システムの構成》
図20は、本発明の実施の形態5によるRF電力増幅器を使用した送信システムの構成を示す図である。
[Embodiment 5]
<Configuration of transmission system>
FIG. 20 is a diagram showing a configuration of a transmission system using the RF power amplifier according to the fifth embodiment of the present invention.
図20に示す本発明の実施の形態5による送信システムが、上述した本発明の実施の形態1乃至本発明の実施の形態3と相違するのは、誤差増幅器(EA)7と制御信号増強回路(EN)9とがRFパワーモジュールHPAとして構成されRF電力増幅器の内部に配置されるのではなくRF信号処理半導体集積回路(RFIC)の内部に配置されたことである。 The transmission system according to the fifth embodiment of the present invention shown in FIG. 20 is different from the above-described first to third embodiments of the present invention in that an error amplifier (EA) 7 and a control signal enhancement circuit are provided. (EN) 9 is configured as an RF power module HPA and not disposed in the RF power amplifier, but disposed in the RF signal processing semiconductor integrated circuit (RFIC).
図20に示した本発明の実施の形態5による送信システムは、WCDMA方式、EDGE方式、LTE方式、HSUPA方式の通信方式を可能とするものである。 The transmission system according to the fifth embodiment of the present invention shown in FIG. 20 enables a WCDMA, EDGE, LTE, and HSUPA communication system.
尚、WCDMA方式は、1.25MHzまたは5MHzの広い周波数帯域を使用した周波数分割デュプレッス(FDD:Frequency Division Duplexing)の符号分割多重アクセス(CDMACode Division Multiple Access)の無線インターフェースを採用するものである。また、EDGE方式はEnhanced Data Rates for GSM Evolutionの略であり、GPRS(General Packet Radio Service)を拡張したパケット通信規格である。更に、LTE方式はLong Term Evolutionの略であり、HSUPA方式はEUL(Enhanced Uplink)とも呼ばれるHigh-Speed Uplink Packet Accessの略である。 Note that the WCDMA system employs a frequency division duplex (FDD) radio interface for code division multiple access (CDMA) using a wide frequency band of 1.25 MHz or 5 MHz. The EDGE method is an abbreviation for Enhanced Data Rates for GSM Evolution, and is a packet communication standard that extends GPRS (General Packet Radio Service). Furthermore, the LTE scheme is an abbreviation for Long Term Evolution, and the HSUPA scheme is an abbreviation for High-Speed Uplink Packet Access, also called EUL (Enhanced Uplink).
図20に示した本発明の実施の形態5による送信システムは、これらの通信方式をサポートするために、RF電力増幅器の多段増幅回路4のRF信号入力端子1に供給されるRF入力信号Pinの信号振幅を制御する可変利得増幅器(VGA)19をRF信号処理半導体集積回路(RFIC)の内部に具備している。従って、図20の送信システムのRF信号処理半導体集積回路(RFIC)は、誤差増幅器(EA)7と制御信号増強回路(EN)9と可変利得増幅器(VGA)19とを具備している。可変利得増幅器(VGA)19の入力端子には、RF信号処理半導体集積回路(RFIC)の送信信号処理ユニットで生成されるRF送信入力信号RFinが供給される。
The transmission system according to the fifth embodiment of the present invention shown in FIG. 20 supports the RF input signal Pin supplied to the RF
従って、図20の送信システムでは、制御信号増強回路(EN)9は誤差増幅器7から生成される出力電力制御電圧VAPCに応答して生成する増強制御信号VENを上述した本発明の実施の形態1乃至本発明の実施の形態3のようにバイアス回路8の第1バイアス回路81と第2バイアス回路82と第3バイアス回路83とに供給するのではなく、可変利得増幅器(VGA)19に供給することによって可変利得増幅器(VGA)19の可変利得を制御するものである。その結果、RF電力増幅器の多段増幅回路4の初段増幅回路41に第1バイアス回路81から供給される第1バイアス電圧VGB1と中間段増幅回路42に第2バイアス回路82から供給される第2バイアス電圧VGB2と最終段増幅回路43に第3バイアス回路83から供給される第3バイアス電圧VGB3は、それぞれ固定バイアス電圧となっている。従って、初段増幅回路41と中間段増幅回路42と最終段増幅回路43とを含むRF電力増幅器の多段増幅回路4は、固定利得の線形増幅器として動作する。
Therefore, in the transmission system of FIG. 20, the control signal enhancement circuit (EN) 9 generates the enhancement control signal V EN generated in response to the output power control voltage V APC generated from the
《可変利得増幅器の構成》
図21は、図20に示した本発明の実施の形態5による送信システムのRF信号処理半導体集積回路(RFIC)の可変利得増幅器(VGA)19の構成を示す図である。
<Configuration of variable gain amplifier>
FIG. 21 is a diagram showing a configuration of a variable gain amplifier (VGA) 19 of the RF signal processing semiconductor integrated circuit (RFIC) of the transmission system according to the fifth embodiment of the present invention shown in FIG.
図21に示した可変利得増幅器(VGA)19のコアは、6個のNチャネルMOSトランジスタMN1931〜MN1936を含む利得セルGCによって構成される。 The core of the variable gain amplifier (VGA) 19 shown in FIG. 21 is configured by a gain cell GC including six N-channel MOS transistors MN1931 to MN1936.
トランジスタMN1931のソースとトランジスタMN1932のソースは抵抗R1925、R1926を介して差動接続され、抵抗R1925、R1926の共通接続ノードは抵抗R1924を介して接地電圧GNDに接続されている。トランジスタMN1931のゲートとトランジスタMN1932のゲートにバイアス電圧VBIASが供給され、トランジスタMN1931のゲートに容量Cinを介してRF送信入力信号RFinが供給される。 The sources of the transistor MN1932 transistor MN1931 is differentially connected via a resistor R 1925, R 1926, a common connection node of the resistors R 1925, R 1926 is connected through a resistor R 1924 to the ground voltage GND. The bias voltage V BIAS is supplied to the gate of the transistor MN1931 and the gate of the transistor MN1932, and the RF transmission input signal RFin is supplied to the gate of the transistor MN1931 through the capacitor Cin.
トランジスタMN1931のドレインにトランジスタMN1933のソースとトランジスタMN1934のソースとが差動接続され、トランジスタMN1932のドレインにトランジスタMN1935のソースとトランジスタMN1936のソースとが差動接続される。トランジスタMN1934のゲートとトランジスタMN1935のゲートとにゲート電圧VGが供給され、トランジスタMN1933のゲートとトランジスタMN1936のゲートとに利得制御電圧VCNTLが供給される。トランジスタMN1934のドレインとトランジスタMN1935のドレインは直接電源電圧VDDに接続され、トランジスタMN1933のドレインは抵抗R1928を介して電源電圧VDDに接続され、トランジスタMN1936のドレインは抵抗R1929を介して電源電圧VDDに接続されている。抵抗R1928、R1929の利得セルGCの差動出力信号は、PチャネルMOSトランジスタMP1930、MP1931と抵抗R1930、R1931によって構成された差動増幅器DAを介してRF入力信号Pinとして出力される。 The source of the transistor MN1933 and the source of the transistor MN1934 are differentially connected to the drain of the transistor MN1931, and the source of the transistor MN1935 and the source of the transistor MN1936 are differentially connected to the drain of the transistor MN1932. Gate voltage V G to the gate of the gate and the transistor MN1935 transistor MN1934 is supplied, the gain control voltage V CNTL is supplied to the gates of the transistor MN1936 transistor MN1933. Drains of transistor MN1935 transistor MN1934 is connected directly to the power supply voltage V DD, the drain of the transistor MN1933 is connected to the power supply voltage V DD via a resistor R 1928, the drain of the transistor MN1936 is through a resistor R 1929 Power Connected to voltage V DD . A differential output signal of the gain cell GC of the resistors R 1928 and R 1929 is output as an RF input signal Pin via a differential amplifier DA configured by P-channel MOS transistors MP1930 and MP1931 and resistors R 1930 and R 1931 . .
利得制御電圧VCNTLは、制御信号増強回路(EN)9から生成される増強制御信号VENが供給される制御回路CCから生成される。増強制御信号VENは抵抗R1921、R1922を介してソースフォロワ接続(ドレイン接地)のPチャネルMOSトランジスタMP1900のゲートに供給され、MOSトランジスタMP1900のソースは抵抗R1923を介して電源電圧VDDに接続されて利得制御電圧VCNTLが生成される。 The gain control voltage V CNTL is generated from the control circuit CC to which the enhancement control signal V EN generated from the control signal enhancement circuit (EN) 9 is supplied. The enhancement control signal V EN is supplied to the gate of the source follower-connected (drain grounded) P-channel MOS transistor MP1900 via resistors R 1921 and R 1922 , and the source of the MOS transistor MP1900 is supplied to the power supply voltage V DD via the resistor R 1923. And gain control voltage V CNTL is generated.
増強制御信号VENが低電圧レベルの場合には、制御回路CCでは、トランジスタMP1900のソースの利得制御電圧VCNTLは低電圧レベルとなり、抵抗R1928、R1929の利得セルGCの差動出力信号の信号振幅は最小の状態となる。 When the enhancement control signal V EN is at a low voltage level, in the control circuit CC, the gain control voltage V CNTL at the source of the transistor MP1900 is at a low voltage level, and the differential output signal of the gain cell GC of the resistors R 1928 and R 1929 The signal amplitude is minimum.
それとは反対に、増強制御信号VENが高電圧レベルの場合には、制御回路CCでは、トランジスタMP1900のソースの利得制御電圧VCNTLは高電圧レベルとなり、抵抗R1928、R1929の利得セルGCの差動出力信号の信号振幅は最大の状態となる。 On the other hand, when the enhancement control signal V EN is at a high voltage level, in the control circuit CC, the gain control voltage V CNTL at the source of the transistor MP1900 is at a high voltage level, and the gain cells GC of the resistors R 1928 and R 1929 The signal amplitude of the differential output signal becomes maximum.
一方、図20の送信システムにおいて、誤差増幅器7から生成される出力電力制御電圧VAPCが制御信号増強回路(EN)9を介することなく可変利得増幅器(VGA)19の利得制御端子に直接供給される場合を想定する。この場合には、図21に示す可変利得増幅器(VGA)19では、制御回路CCの入力端子には、制御信号増強回路(EN)9から生成される増強制御信号VENではなく、誤差増幅器7から生成される出力電力制御電圧VAPCが供給されるものである。出力電力制御電圧VAPCが高電圧レベルとなると、制御回路CCでは、トランジスタMP1900のソースの利得制御電圧VCNTLは高電圧レベルとなり、抵抗R1928、R1929の利得セルGCの差動出力信号の信号振幅は最大の状態となる。その結果、可変利得増幅器(VGA)19の出力信号としてのRF入力信号Pinは、最大出力(飽和)の状態となる。
On the other hand, in the transmission system of FIG. 20, the output power control voltage V APC generated from the
従って、可変利得増幅器(VGA)19の利得制御端子に出力電力制御電圧VAPCを直接供給する場合には、可変利得増幅器(VGA)19が最大出力(飽和)の状態に近づくと、制御利得(=ΔPin/ΔVAPC)が低下すると言う問題がある。 Therefore, when the output power control voltage V APC is directly supplied to the gain control terminal of the variable gain amplifier (VGA) 19, when the variable gain amplifier (VGA) 19 approaches the maximum output (saturated) state, the control gain ( = ΔPin / ΔV APC ) is lowered.
この制御利得(=ΔPin/ΔVAPC)の低下を補償するために、出力電力制御電圧VAPCの変化に対して非線型特性を有する増強制御信号VENを生成する制御信号増強回路(EN)9が、図20の送信システムで誤差増幅器7の出力端子と可変利得増幅器(VGA)19の利得制御端子の間に接続される。従って、図21に示したように、可変利得増幅器(VGA)19の制御回路CCの入力端子には、制御信号増強回路(EN)9から生成される増強制御信号VENが供給されるものである。その結果、最大出力(飽和)の状態の付近での可変利得増幅器(VGA)19の制御利得(=ΔPin/ΔVAPC)の低下は、制御信号増強回路(EN)9から生成される増強制御信号VENの好適な非線型特性によって補償されるものである。尚、図20の送信システムにおいて、制御信号増強回路(EN)9には上述した本発明の実施の形態1乃至本発明の実施の形態3のいずれかの方式による制御信号増強回路(EN)9とその増強制御信号VENの非線型特性とを使用することが可能である。
In order to compensate for the decrease in the control gain (= ΔPin / ΔV APC ), a control signal enhancement circuit (EN) 9 that generates an enhancement control signal V EN having nonlinear characteristics with respect to a change in the output power control voltage V APC. Are connected between the output terminal of the
尚、冒頭では説明しなかったが、RF電力増幅器の多段増幅回路4の初段増幅回路41の初段増幅MOSトランジスタと中間段増幅回路42の中間段増幅MOSトランジスタと最終段増幅回路43の最終段増幅MOSトランジスタには、LD型と呼ばれる高周波増幅と高出力増幅とに適したMOSトランジスタが使用されたものである。尚、LDは、Laterally Diffused(横型拡散)の略である。
Although not described at the beginning, the first stage amplification MOS transistor of the first
以上、本発明者によってなされた発明を種々の実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on various embodiments. However, the present invention is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
例えば、図19に示した本発明の実施の形態4によるRFパワーモジュールでは、ハイバンド電力結合器5Hとローバンド電力結合器5Lとは、方向性結合器(Directional Coupler)を使用したものであった。それ以外の電力検出方法としては、カレント・センス型電力検出方法を採用することも可能である。カレント・センス型電力検出方法は、電力増幅器の出力トランジスタと並列に素子サイズの小さな検出トランジスタを接続して、出力トランジスタのAC・DC動作電流に比例する小さな検出AC・DC動作電流を検出トランジスタに流すことによって電力を検出するものである。
For example, in the RF power module according to
更にRF電力増幅器の多段増幅回路4の初段増幅回路41の初段増幅素子と中間段増幅回路42の中間段増幅素子と最終段増幅回路43の最終段増幅素子とには、LD型NチャネルMOSトランジスタ以外にも、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)やGaAsやInP等の化合物半導体を使用したMESFETやHEMTのNチャネル電界効果トランジスタを使用することも可能である。
Further, the first-
1…RF信号入力端子
2…RF信号出力端子
3…ランプ制御端子
4…多段増幅回路
41…初段増幅回路
42…中間段増幅回路
43…最終段増幅回路
5…電力結合器
6…電力検出器
7…誤差増幅器
8…バイアス回路
81…第1バイアス回路
82…第2バイアス回路
83…第3バイアス回路
9…制御信号増強回路
Pin…RF入力信号
Pout…RF出力信号
VRAMP…ランプ電圧
PIN_DET…電力検出器6の入力電力
VDET…電力検出電圧
VAPC…出力電力制御電圧
VEN…増強制御信号
DESCRIPTION OF
Claims (20)
前記初段バイアス回路の初段バイアス電圧が前記初段増幅回路に供給され、前記初段増幅回路の初段アイドリング電流が決定され、
前記最終段バイアス回路の最終段バイアス電圧が前記最終段増幅回路に供給され、前記最終段増幅回路の最終段アイドリング電流が決定され、
前記初段増幅回路は入力端子に供給されるRF入力信号を増幅可能とされ、前記最終段増幅回路は前記初段増幅回路の初段増幅出力信号に応答して最終段増幅出力信号を生成可能とされ、
前記電力検出回路は、前記多段増幅回路の前記最終段増幅回路の前記最終段増幅出力信号の信号レベルに応答する電力検出信号を生成可能とされ、
前記誤差増幅器の一方の入力端子に前記電力検出信号が供給され、前記誤差増幅器の他方の入力端子に目標電力信号が供給されることによって、前記誤差増幅器の出力端子から電力制御電圧が生成可能とされ、
前記電力制御電圧が前記制御信号増強回路の入力端子に供給されることによって、前記制御信号増強回路の出力端子から増強制御信号が生成可能とされ、
前記制御信号増強回路は所定の非線型の入出力特性を有するものであり、前記電力制御電圧が所定の電圧に到達する以前の前記電力制御電圧の増加に応答する前記増強制御信号の増加率よりも前記電力制御電圧が前記所定の電圧に到達した以降の前記電力制御電圧の増加に応答する前記増強制御信号の増加率が大きく設定され、
前記増強制御信号が前記初段バイアス回路と前記最終段バイアス回路とに供給されて、前記初段アイドリング電流と前記最終段アイドリング電流とは前記増強制御信号によって制御される
ことを特徴とするRF電力増幅器。 A multi-stage amplifier circuit having at least a first stage amplifier circuit and a final stage amplifier circuit, a power detection circuit, an error amplifier, a bias circuit having at least a first stage bias circuit and a final stage bias circuit, and a control signal enhancement circuit,
The first stage bias voltage of the first stage bias circuit is supplied to the first stage amplifier circuit, the first stage idling current of the first stage amplifier circuit is determined,
The final stage bias voltage of the final stage bias circuit is supplied to the final stage amplifier circuit, the final stage idling current of the final stage amplifier circuit is determined,
The first stage amplifier circuit can amplify an RF input signal supplied to an input terminal, and the last stage amplifier circuit can generate a final stage amplified output signal in response to the first stage amplified output signal of the first stage amplifier circuit,
The power detection circuit is capable of generating a power detection signal responsive to a signal level of the final stage amplified output signal of the final stage amplifier circuit of the multistage amplifier circuit;
When the power detection signal is supplied to one input terminal of the error amplifier and the target power signal is supplied to the other input terminal of the error amplifier, a power control voltage can be generated from the output terminal of the error amplifier. And
By supplying the power control voltage to the input terminal of the control signal enhancement circuit, an enhancement control signal can be generated from the output terminal of the control signal enhancement circuit,
The control signal enhancement circuit has a predetermined non-linear input / output characteristic, and is based on an increase rate of the enhancement control signal in response to an increase in the power control voltage before the power control voltage reaches a predetermined voltage. Also, the increase rate of the enhancement control signal in response to the increase in the power control voltage after the power control voltage reaches the predetermined voltage is set large,
The RF power amplifier, wherein the boost control signal is supplied to the first stage bias circuit and the last stage bias circuit, and the first stage idling current and the last stage idling current are controlled by the boost control signal.
前記多段増幅回路は、前記初段増幅回路と前記最終段増幅回路との間に接続された中間段増幅回路を更に有して、
前記バイアス回路は、前記中間段増幅回路に接続された中間段バイアス回路を更に有して、
前記中間段バイアス回路の中間段バイアス電圧が前記中間段増幅回路に供給され、前記中間段増幅回路の中間段アイドリング電流が決定され、
前記増強制御信号が前記中間段バイアス回路に供給されて、前記中間段アイドリング電流は前記増強制御信号によって制御される
ことを特徴とするRF電力増幅器。 In claim 1,
The multistage amplifier circuit further includes an intermediate stage amplifier circuit connected between the first stage amplifier circuit and the final stage amplifier circuit,
The bias circuit further includes an intermediate stage bias circuit connected to the intermediate stage amplifier circuit,
An intermediate stage bias voltage of the intermediate stage bias circuit is supplied to the intermediate stage amplifier circuit, an intermediate stage idling current of the intermediate stage amplifier circuit is determined,
The RF power amplifier, wherein the boost control signal is supplied to the intermediate stage bias circuit, and the intermediate stage idling current is controlled by the boost control signal.
前記初段バイアス回路は、前記初段増幅回路の初段増幅トランジスタとカレントミラー接続された初段バイアストランジスタを含み、
前記最終段バイアス回路は、前記最終段増幅回路の最終段増幅トランジスタとカレントミラー接続された最終段バイアストランジスタを含み、
前記増強制御信号としての初段バイアス電流と最終段バイアス電流とが前記初段バイアストランジスタと前記最終段バイアストランジスタとにそれぞれ供給され、前記初段アイドリング電流と前記最終段アイドリング電流とは前記初段バイアス電流と前記最終段バイアス電流とによってそれぞれ決定される
ことを特徴とするRF電力増幅器。 In claim 1,
The first stage bias circuit includes a first stage bias transistor connected in a current mirror with a first stage amplification transistor of the first stage amplifier circuit,
The final stage bias circuit includes a final stage bias transistor connected in a current mirror with a final stage amplification transistor of the final stage amplification circuit,
The first stage bias current and the last stage bias current as the enhancement control signal are respectively supplied to the first stage bias transistor and the last stage bias transistor, and the first stage idling current and the last stage idling current are the first stage bias current and the last stage bias current, respectively. An RF power amplifier characterized by being determined by a final stage bias current.
前記中間段バイアス回路は、前記中間段増幅回路の中間段増幅トランジスタとカレントミラー接続された中間段バイアストランジスタを含み、
前記増強制御信号としての中間段バイアス電流が前記中間段バイアストランジスタに供給され、前記中間段アイドリング電流は前記中間段バイアス電流によって決定される
ことを特徴とするRF電力増幅器。 In claim 2,
The intermediate stage bias circuit includes an intermediate stage bias transistor connected in current mirror with the intermediate stage amplifier transistor of the intermediate stage amplifier circuit,
An RF power amplifier, wherein an intermediate stage bias current as the enhancement control signal is supplied to the intermediate stage bias transistor, and the intermediate stage idling current is determined by the intermediate stage bias current.
前記制御信号増強回路は、電圧・電流変換回路と電流2乗回路とを有して、
前記電圧・電流変換回路は、前記電力制御電圧の変化に応答して当該変化に実質的に比例する変換電流を生成可能とされ、
前記電流2乗回路は、前記電力制御電圧の2乗に実質的に比例する2乗出力電流を生成可能とされ、
前記制御信号増強回路は、前記変換電流と前記2乗出力電流との加算による出力電力制御電流を前記増強制御信号として生成可能とされる
ことを特徴とするRF電力増幅器。 In claim 3,
The control signal enhancement circuit includes a voltage / current conversion circuit and a current square circuit,
The voltage-current conversion circuit is capable of generating a conversion current that is substantially proportional to the change in response to a change in the power control voltage,
The current squaring circuit is capable of generating a squared output current substantially proportional to the square of the power control voltage;
The RF power amplifier, wherein the control signal enhancement circuit can generate an output power control current obtained by adding the conversion current and the square output current as the enhancement control signal.
前記制御信号増強回路は、電圧・電流変換回路と電流3乗回路とを有する。
前記電圧・電流変換回路は、前記電力制御電圧の変化に応答して当該変化に実質的に比例する変換電流を生成可能とされ、
前記電流3乗回路は、前記電力制御電圧の3乗に実質的に比例する3乗出力電流を生成可能とされ、
前記制御信号増強回路は、前記変換電流と前記3乗出力電流との加算による出力電力制御電流を前記増強制御信号として生成可能とされる
ことを特徴とするRF電力増幅器。 In claim 3,
The control signal enhancement circuit includes a voltage / current conversion circuit and a current cube circuit.
The voltage-current conversion circuit is capable of generating a conversion current that is substantially proportional to the change in response to a change in the power control voltage,
The current cube circuit is capable of generating a cubed output current substantially proportional to the cube of the power control voltage;
The RF power amplifier, wherein the control signal enhancement circuit can generate an output power control current obtained by adding the conversion current and the cubed output current as the enhancement control signal.
前記制御信号増強回路は、複数の演算増幅器を有することによって、複数の基準電圧に関して非線型特性を有する出力電力制御電流を前記増強制御信号として生成可能とされる
ことを特徴とするRF電力増幅器。 In claim 3,
The RF power amplifier according to claim 1, wherein the control signal enhancement circuit includes a plurality of operational amplifiers so that an output power control current having a non-linear characteristic with respect to a plurality of reference voltages can be generated as the enhancement control signal.
前記制御信号増強回路は、アナログ・デジタル変換器と、ルックアップテーブルと、デジタル・アナログ変換器とを有して、
前記アナログ・デジタル変換器は、前記誤差増幅器から供給される前記電力制御電圧を第1デジタル信号に変換可能とされ、
前記ルックアップテーブルは前記所定の非線型の入出力特性を有して、前記所定の非線型の入出力特性に従って前記第1デジタル信号を第2デジタル信号に変換可能とされ、
前記デジタル・アナログ変換器は、前記第2デジタル信号をアナログ変換した出力電力制御電流を前記増強制御信号として生成可能とされる
ことを特徴とするRF電力増幅器。 In claim 3,
The control signal enhancement circuit includes an analog-to-digital converter, a look-up table, and a digital-to-analog converter.
The analog-to-digital converter can convert the power control voltage supplied from the error amplifier into a first digital signal;
The look-up table has the predetermined nonlinear input / output characteristic, and can convert the first digital signal into a second digital signal according to the predetermined nonlinear input / output characteristic.
The RF power amplifier, wherein the digital / analog converter is capable of generating an output power control current obtained by analog conversion of the second digital signal as the enhancement control signal.
前記誤差増幅器の前記他方の入力端子に供給される前記目標電力信号は、時分割多重アクセス方式の送信動作タイムスロットにおけるランプアップとランプダウンとを制御可能とされる
ことを特徴とするRF電力増幅器。 In claim 3,
An RF power amplifier characterized in that the target power signal supplied to the other input terminal of the error amplifier can control ramp-up and ramp-down in a transmission operation time slot of a time division multiple access method. .
前記初段増幅トランジスタと前記最終段増幅トランジスタと前記初段バイアストランジスタと前記最終段バイアストランジスタの各トランジスタは、MOSトランジスタまたはバイポーラトランジスタである
ことを特徴とするRF電力増幅器。 In claim 3,
Each of the first stage amplification transistor, the last stage amplification transistor, the first stage bias transistor, and the last stage bias transistor is a MOS transistor or a bipolar transistor.
前記初段バイアス回路の初段バイアス電圧が前記初段増幅回路に供給され、前記初段増幅回路の初段アイドリング電流が決定され、
前記最終段バイアス回路の最終段バイアス電圧が前記最終段増幅回路に供給され、前記最終段増幅回路の最終段アイドリング電流が決定され、
前記初段増幅回路は入力端子に供給されるRF入力信号を増幅可能とされ、前記最終段増幅回路は前記初段増幅回路の初段増幅出力信号に応答して最終段増幅出力信号を生成可能とされ、
前記電力検出回路は、前記多段増幅回路の前記最終段増幅回路の前記最終段増幅出力信号の信号レベルに応答する電力検出信号を生成可能とされ、
前記誤差増幅器の一方の入力端子に前記電力検出信号が供給され、前記誤差増幅器の他方の入力端子に目標電力信号が供給されることによって、前記誤差増幅器の出力端子から電力制御電圧が生成可能とされ、
前記電力制御電圧が前記制御信号増強回路の入力端子に供給されることによって、前記制御信号増強回路の出力端子から増強制御信号が生成可能とされ、
前記制御信号増強回路は所定の非線型の入出力特性を有するものであり、前記電力制御電圧が所定の電圧に到達する以前の前記電力制御電圧の増加に応答する前記増強制御信号の増加率よりも前記電力制御電圧が前記所定の電圧に到達した以降の前記電力制御電圧の増加に応答する前記増強制御信号の増加率が大きく設定され、
前記増強制御信号が前記初段バイアス回路と前記最終段バイアス回路とに供給されて、前記初段アイドリング電流と前記最終段アイドリング電流とは前記増強制御信号によって制御される
ことを特徴とするRF電力増幅器の動作方法。 RF power comprising a multistage amplifier circuit having at least a first stage amplifier circuit and a final stage amplifier circuit, a power detection circuit, an error amplifier, a bias circuit having at least a first stage bias circuit and a final stage bias circuit, and a control signal enhancement circuit A method of operating an amplifier, comprising:
The first stage bias voltage of the first stage bias circuit is supplied to the first stage amplifier circuit, the first stage idling current of the first stage amplifier circuit is determined,
The final stage bias voltage of the final stage bias circuit is supplied to the final stage amplifier circuit, the final stage idling current of the final stage amplifier circuit is determined,
The first stage amplifier circuit can amplify an RF input signal supplied to an input terminal, and the last stage amplifier circuit can generate a final stage amplified output signal in response to the first stage amplified output signal of the first stage amplifier circuit,
The power detection circuit is capable of generating a power detection signal responsive to a signal level of the final stage amplified output signal of the final stage amplifier circuit of the multistage amplifier circuit;
When the power detection signal is supplied to one input terminal of the error amplifier and the target power signal is supplied to the other input terminal of the error amplifier, a power control voltage can be generated from the output terminal of the error amplifier. And
By supplying the power control voltage to the input terminal of the control signal enhancement circuit, an enhancement control signal can be generated from the output terminal of the control signal enhancement circuit,
The control signal enhancement circuit has a predetermined non-linear input / output characteristic, and is based on an increase rate of the enhancement control signal in response to an increase in the power control voltage before the power control voltage reaches a predetermined voltage. Also, the increase rate of the enhancement control signal in response to the increase in the power control voltage after the power control voltage reaches the predetermined voltage is set large,
The enhancement control signal is supplied to the first stage bias circuit and the last stage bias circuit, and the first stage idling current and the last stage idling current are controlled by the enhancement control signal. How it works.
前記初段バイアス回路は、前記初段増幅回路の初段増幅トランジスタとカレントミラー接続された初段バイアストランジスタを含み、
前記最終段バイアス回路は、前記最終段増幅回路の最終段増幅トランジスタとカレントミラー接続された最終段バイアストランジスタを含み、
前記増強制御信号としての初段バイアス電流と最終段バイアス電流とが前記初段バイアストランジスタと前記最終段バイアストランジスタとにそれぞれ供給され、前記初段アイドリング電流と前記最終段アイドリング電流とは前記初段バイアス電流と前記最終段バイアス電流とによってそれぞれ決定される
ことを特徴とするRF電力増幅器の動作方法。 In claim 11,
The first stage bias circuit includes a first stage bias transistor connected in a current mirror with a first stage amplification transistor of the first stage amplifier circuit,
The final stage bias circuit includes a final stage bias transistor connected in a current mirror with a final stage amplification transistor of the final stage amplification circuit,
The first stage bias current and the last stage bias current as the enhancement control signal are respectively supplied to the first stage bias transistor and the last stage bias transistor, and the first stage idling current and the last stage idling current are the first stage bias current and the last stage bias current, respectively. A method of operating an RF power amplifier, wherein the method is determined by a final stage bias current.
前記制御信号増強回路は、電圧・電流変換回路と電流2乗回路とを有して、
前記電圧・電流変換回路は、前記電力制御電圧の変化に応答して当該変化に実質的に比例する変換電流を生成可能とされ、
前記電流2乗回路は、前記電力制御電圧の2乗に実質的に比例する2乗出力電流を生成可能とされ、
前記制御信号増強回路は、前記変換電流と前記2乗出力電流との加算による出力電力制御電流を前記増強制御信号として生成可能とされる
ことを特徴とするRF電力増幅器の動作方法。 In claim 12,
The control signal enhancement circuit includes a voltage / current conversion circuit and a current square circuit,
The voltage-current conversion circuit is capable of generating a conversion current that is substantially proportional to the change in response to a change in the power control voltage,
The current squaring circuit is capable of generating a squared output current substantially proportional to the square of the power control voltage;
The method for operating an RF power amplifier, wherein the control signal enhancement circuit is capable of generating an output power control current obtained by adding the conversion current and the square output current as the enhancement control signal.
前記制御信号増強回路は、電圧・電流変換回路と電流3乗回路とを有する。
前記電圧・電流変換回路は、前記電力制御電圧の変化に応答して当該変化に実質的に比例する変換電流を生成可能とされ、
前記電流3乗回路は、前記電力制御電圧の3乗に実質的に比例する3乗出力電流を生成可能とされ、
前記制御信号増強回路は、前記変換電流と前記3乗出力電流との加算による出力電力制御電流を前記増強制御信号として生成可能とされる
ことを特徴とするRF電力増幅器の動作方法。 In claim 12,
The control signal enhancement circuit includes a voltage / current conversion circuit and a current cube circuit.
The voltage-current conversion circuit is capable of generating a conversion current that is substantially proportional to the change in response to a change in the power control voltage,
The current cube circuit is capable of generating a cubed output current substantially proportional to the cube of the power control voltage;
The method for operating an RF power amplifier, wherein the control signal enhancement circuit is capable of generating an output power control current obtained by adding the conversion current and the cubed output current as the enhancement control signal.
前記制御信号増強回路は、複数の演算増幅器を有することによって、複数の基準電圧に関して非線型特性を有する出力電力制御電流を前記増強制御信号として生成可能とされる
ことを特徴とするRF電力増幅器の動作方法。 In claim 12,
The control signal enhancement circuit includes a plurality of operational amplifiers, so that an output power control current having nonlinear characteristics with respect to a plurality of reference voltages can be generated as the enhancement control signal. How it works.
前記制御信号増強回路は、アナログ・デジタル変換器と、ルックアップテーブルと、デジタル・アナログ変換器とを有して、
前記アナログ・デジタル変換器は、前記誤差増幅器から供給される前記電力制御電圧を第1デジタル信号に変換可能とされ、
前記ルックアップテーブルは前記所定の非線型の入出力特性を有して、前記所定の非線型の入出力特性に従って前記第1デジタル信号を第2デジタル信号に変換可能とされ、
前記デジタル・アナログ変換器は、前記第2デジタル信号をアナログ変換した出力電力制御電流を前記増強制御信号として生成可能とされる
ことを特徴とするRF電力増幅器の動作方法。 In claim 12,
The control signal enhancement circuit includes an analog-to-digital converter, a look-up table, and a digital-to-analog converter.
The analog-to-digital converter can convert the power control voltage supplied from the error amplifier into a first digital signal;
The look-up table has the predetermined nonlinear input / output characteristic, and can convert the first digital signal into a second digital signal according to the predetermined nonlinear input / output characteristic.
The method of operating an RF power amplifier, wherein the digital / analog converter is capable of generating an output power control current obtained by analog conversion of the second digital signal as the enhancement control signal.
前記誤差増幅器の前記他方の入力端子に供給される前記目標電力信号は、時分割多重アクセス方式の送信動作タイムスロットにおけるランプアップとランプダウンとを制御可能とされる
ことを特徴とするRF電力増幅器の動作方法。 In claim 12,
An RF power amplifier characterized in that the target power signal supplied to the other input terminal of the error amplifier can control ramp-up and ramp-down in a transmission operation time slot of a time division multiple access method. How it works.
前記初段増幅トランジスタと前記最終段増幅トランジスタと前記初段バイアストランジスタと前記最終段バイアストランジスタの各トランジスタは、MOSトランジスタまたはバイポーラトランジスタである
ことを特徴とするRF電力増幅器の動作方法。 In claim 12,
A method of operating an RF power amplifier, wherein each of the first stage amplification transistor, the last stage amplification transistor, the first stage bias transistor, and the last stage bias transistor is a MOS transistor or a bipolar transistor.
前記初段バイアス回路の初段バイアス電圧が前記初段増幅回路に供給され、前記初段増幅回路の初段アイドリング電流が決定され、
前記最終段バイアス回路の最終段バイアス電圧が前記最終段増幅回路に供給され、前記最終段増幅回路の最終段アイドリング電流が決定され、
前記初段増幅回路は前記RF電力増幅器の入力端子に供給されるRF入力信号を増幅可能とされ、前記最終段増幅回路は前記初段増幅回路の初段増幅出力信号に応答して最終段増幅出力信号を生成可能とされ、
前記電力検出回路は、前記多段増幅回路の前記最終段増幅回路の前記最終段増幅出力信号の信号レベルに応答する電力検出信号を生成可能とされ、
誤差増幅器と制御信号増強回路と可変利得増幅器とを具備する半導体集積回路が、前記RF電力増幅器に予め接続され、
前記半導体集積回路の前記可変利得増幅器の入力端子にRF送信入力信号が供給されることによって、前記可変利得増幅器の出力信号が前記RF入力信号として前記RF電力増幅器の前記入力端子に供給可能とされ、
前記半導体集積回路の前記誤差増幅器の一方の入力端子に前記RF電力増幅器の前記電力検出回路から生成される前記電力検出信号が供給される一方、前記誤差増幅器の他方の入力端子に目標電力信号が供給されることによって、前記誤差増幅器の出力端子から電力制御電圧が生成可能とされ、
前記電力制御電圧が前記制御信号増強回路の入力端子に供給されることによって、前記制御信号増強回路の出力端子から増強制御信号が生成可能とされ、
前記制御信号増強回路は所定の非線型の入出力特性を有するものであり、前記電力制御電圧が所定の電圧に到達する以前の前記電力制御電圧の増加に応答する前記増強制御信号の増加率よりも前記電力制御電圧が前記所定の電圧に到達した以降の前記電力制御電圧の増加に応答する前記増強制御信号の増加率が大きく設定され、
前記増強制御信号が前記可変利得増幅器の利得制御端子に供給されることにより、前記可変利得増幅器の可変利得は前記増強制御信号によって制御される
ことを特徴とするRF電力増幅器の動作方法。 An operation method of an RF power amplifier comprising a multistage amplifier circuit having at least a first stage amplifier circuit and a final stage amplifier circuit, a bias circuit having at least a first stage bias circuit and a final stage bias circuit, and a power detection circuit,
The first stage bias voltage of the first stage bias circuit is supplied to the first stage amplifier circuit, the first stage idling current of the first stage amplifier circuit is determined,
The final stage bias voltage of the final stage bias circuit is supplied to the final stage amplifier circuit, the final stage idling current of the final stage amplifier circuit is determined,
The first stage amplifier circuit can amplify an RF input signal supplied to an input terminal of the RF power amplifier, and the final stage amplifier circuit outputs a final stage amplified output signal in response to the first stage amplified output signal of the first stage amplifier circuit. Can be generated,
The power detection circuit is capable of generating a power detection signal responsive to a signal level of the final stage amplified output signal of the final stage amplifier circuit of the multistage amplifier circuit;
A semiconductor integrated circuit comprising an error amplifier, a control signal enhancement circuit, and a variable gain amplifier is connected in advance to the RF power amplifier,
By supplying an RF transmission input signal to the input terminal of the variable gain amplifier of the semiconductor integrated circuit, the output signal of the variable gain amplifier can be supplied to the input terminal of the RF power amplifier as the RF input signal. ,
The power detection signal generated from the power detection circuit of the RF power amplifier is supplied to one input terminal of the error amplifier of the semiconductor integrated circuit, while a target power signal is supplied to the other input terminal of the error amplifier. By being supplied, a power control voltage can be generated from the output terminal of the error amplifier,
By supplying the power control voltage to the input terminal of the control signal enhancement circuit, an enhancement control signal can be generated from the output terminal of the control signal enhancement circuit,
The control signal enhancement circuit has a predetermined non-linear input / output characteristic, and is based on an increase rate of the enhancement control signal in response to an increase in the power control voltage before the power control voltage reaches a predetermined voltage. Also, the increase rate of the enhancement control signal in response to the increase in the power control voltage after the power control voltage reaches the predetermined voltage is set large,
A method of operating an RF power amplifier, wherein a variable gain of the variable gain amplifier is controlled by the enhancement control signal by supplying the enhancement control signal to a gain control terminal of the variable gain amplifier.
前記可変利得増幅器の前記入力端子に供給され前記RF送信入力信号は、WCDMA方式とEDGE方式とLTE方式とHSUPA方式とのすくなくともいずれかの方式に従ったRF送信信号である
ことを特徴とするRF電力増幅器の動作方法。 In claim 19,
The RF transmission input signal supplied to the input terminal of the variable gain amplifier is an RF transmission signal according to at least one of a WCDMA system, an EDGE system, an LTE system, and an HSUPA system. Power amplifier operation method.
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CN116915197A (en) * | 2023-09-06 | 2023-10-20 | 上海安其威微电子科技有限公司 | Power amplifier bias adjusting circuit and power amplifier chip |
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2011
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CN112187196B (en) * | 2020-09-28 | 2023-04-14 | 上海艾为电子技术股份有限公司 | Class D power amplifier and electronic equipment |
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